Explosionsschutz – Theorie und Praxis (PDF 2,63 ... - Phoenix Contact

ExplosionsschutzTheorie und Praxis

ExplosionsschutzDiese Broschüre zum Thema Explosionsschutzwill bei den Errichtern, Planernund Betreibern von Anlagen mit explosionsfähigenAtmosphären Verständnis fürdie besonderen Risiken wecken und eineHilfestellung bei der täglichen Arbeit bieten.Nicht nur in klassischen Anlagen derchemischen und petrochemischen Industriemuss man sich diesem Thema stellen. Auchin auf den ersten Blick harmlosen Bereichenz.B. der Lebensmittelindustrie ist ein erheblichesGefahrenpotential vorhanden. Gernebringt man Explosionsschutz mit Gasen inVerbindung. Doch auch bei Stäuben könnenexplosionsfähige Atmosphären entstehen.2 PHoENIx CoNTACT

InhaltsverzeichnisSeite1Grundlagen Explosionsschutz 41.1 Richtlinien, Normen, Bestimmungen 71.2 Zoneneinteilung 131.3 Zündschutzarten 161.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten 252Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdetenBereichen 282.1 Installation eigensicherer Stromkreise 302.2 Überspannungsschutz im Ex-Bereich 342.3 Verbindungstechnik 362.4 Gehäuseeinführungen 392.5 Installationsbeispiele 402.6 Nachweis der Eigensicherheit 423Technisches Basiswissen 483.1 MSR-Technik 523.2 SIL Grundlagen 563.3 Begriffe und Abkürzungen 58Zu den in dieser Broschüre angegebenen Produktenfinden Sie weitergehende Informationen in denKatalogen von Phoenix Contact und im Internetunter www.phoenixcontact.com.In dieser Broschüre werden im erstenTeil die Grundlagen zum Explosionsschutzerläutert. Dadurch soll dasVerständnis für die besonderen Risikengeweckt werden. Der Explosionsschutzstützt sich weltweit im wesentlichen aufdie europäischen und amerikanischenNormen, Standards und Richtlinien.Der zweite Teil hilft dem Anwendervon elektrischen Betriebsmitteln fürden explosionsgefährdeten Bereich. Eswird in anschaulicher Weise dargestellt,welche Explosionsschutz-Kriterienberücksichtigt werden müssen. Nebenden Betriebsmitteln der MSR-Technik füreigensichere Stromkreise finden Sie auchInformationen zu Reihenklemmen undÜberspannungsschutz für den explosionsgefährdetenBereich.Der dritte Teil enthält technisches Basiswissenzur MSR-Technik und zur FunktionalenSicherheit.PHoENIx CoNTACT 3

1 Grundlagen ExplosionsschutzDie Sicherheit von Menschen, ein sicherer,störungsfreier Produktionsprozess und einesaubere Umwelt sind wichtige Ziele.Das Wissen um die Entstehungund Vermeidung von Explosionenüberall dort, wo brennbare Stoffe,Sauerstoff und Zündquellenaufeinander treffen können, istdie Voraussetzung, diese Ziele zubrennbarer Stofferreichen.SauerstoffZündquelle4 PHoENIx CoNTACTGrundlagen Explosionsschutz 1

Entstehung einer ExplosionVollkommene VerbrennungEine vollkommene Verbrennung ist einerasch ablaufende oxidation. Sie wird als„Schadfeuer“ bezeichnet, bei dem unterausreichender Zufuhr von Sauerstoff einbrennbares Material exotherm zersetztwird. Mit zunehmender Ausbreitungsgeschwindigkeitspricht man von einer Verpuffung,dann von einer Explosion undim Extremfall von einer Detonation. Beieiner vollkommenen Verbrennung wirdSchaden verursacht, der mit der Ausbreitungsgeschwindigkeiterheblich zunimmt.Größenordnung der Ausbreitungsgeschwindigkeit:• Verpuffung cm/s• Explosion m/s• Detonation km/sExplosionEine Explosion kann entstehen, wenneine Schnittmenge aus einem brennbarenStoff, Sauerstoff und einer Zündquellebesteht. Fehlt eine Komponente, so wirddie exotherme Reaktion nicht erfolgen.Brennbarer StoffEin brennbarer Stoff, der in Form vonGas, Nebel, Dampf oder Staub vorliegt,wird als explosionsfähiger Stoff bezeichnet.Nebel und Stäube sind explosionsfähig,wenn die Tröpfchen- bzw. Teilchengrößekleiner als 1 mm ist. Stäube mit einergrößeren Teilchengröße sind in der Regelnicht zündfähig.In der Praxis vorkommende Nebel,Aerosole und Stäube haben Teilchengrößenzwischen 0,001 mm und 0,1 mm.SauerstoffIn Verbindung mit einem explosionsfähigenStoff entsteht mit Sauerstoff eineexplosionsfähige Atmosphäre.Übersicht wirksamer ZündquellenZündquelleFunkenLichtbögenHeiße oberflächenFlammen und heiße GaseElektrische AnlagenStatische ElektrizitätElektrische Ausgleichsströme,kathodischer KorrosionsschutzElektromagnetische Wellen imBereich 3 x 10 11 …3 x 10 15 HzHochfrequenz 10 4 …3 x 10 12 HzBlitzschlagIonisierende StrahlungUltraschallAdiabatische Kompression und StoßwellenExotherme ReaktionenBeispiel für die UrsacheMechanisch erzeugte Funken (z.B. durch Reib-, Schlag- oder Abtragvorgänge),elektrische FunkenKurzschluss, SchaltvorgängeHeizkörper, spanabhebende Bearbeitung, Erwärmung im BetriebVerbrennungsreaktionen, Funkenflug bei SchweißarbeitenÖffnen/Schließen von Kontakten, WackelkontaktSchutzkleinspannungen (U< 50V) sind keine Maßnahme des Explosionsschutzes.Es kann auch bei kleinen Spannungen noch genügend Energie erzeugt werden, umeine explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden.Entladung aufgeladener, isoliert angeordnete leitende Teile,bei z.B. vielen KunststoffenRückströme von Generatoren, Körper-/ Erdschluss bei Fehlern, InduktionLaserstrahl zur Entfernungsmessung, insbesondere bei FokussierungFunksignale, industrielle Hochfrequenzgeneratoren für Erwärmung, Trocknungoder SchneidenAtmosphärische WetterstörungenRöntgengerät, radioaktiver Stoff, Absorption von Energie führt zur ErwärmungAbsorption von Energie in festen/flüssigen Stoffen führt zur ErwärmungSchlagartiges Öffnen von VentilenChemische Reaktion führt zur Erwärmung1 Grundlagen Explosionsschutz PHoENIx CoNTACT 5

Obere und untere ExplosionsgrenzenBei Gasen entscheidet das Konzentrationsverhältnis,ob eine Explosion möglichist. Nur wenn die Konzentration desStoffes in Luft innerhalb der unterenExplosionsgrenze (UEG) und oberenExplosionsgrenze (oEG) liegt, kann dasGemisch gezündet werden.Einige chemisch unbeständige Stoffe(z.B. Acetylen, Ethylenoxid) können auchohne Sauerstoff durch Selbstzersetzungexotherme Reaktionen eingehen. Dieobere Explosionsgrenze (oEG) verschiebtsich auf 100 Volumen-Prozent.Der Explosionsbereich eines Stoffeserweitert sich mit steigendem Druckund steigender Temperatur.Für Stäube lassen sich ähnliche Angabenmachen wie für Gase, auch wenn dieExplosionsgrenzen hier nicht die gleicheBedeutung haben. Staubwolken sind inder Regel inhomogen und die Konzentrationinnerhalb einer Stauwolke schwanktsehr stark. Es lassen sich für Stäube eineuntere Zündgrenze (bei ca. 20 ... 60 g/m 3 ) und eine obere Zündgrenze (bei ca.2 ... 6 kg/m 3 ) ermitteln.Explosionsgrenzen von Wasserstoffzu mageruntereExplosionsgrenzeobereExplosionsgrenzezu fettVolumen-% brennbarer StoffeExplosive Atmosphäre0 4 50 77 100Beispiele von Gasen unter NormaldruckAceton2,5 13Acetylen2,378 100Ammoniak15,5 33,6Butan1,4 9,3Dieselkraftstoff0,6 6,5Kohlenmonoxid10,9 76Methan4,4 16,5ottokraftstoff0,6 8Schwefelkohlenstoff0,6 60Wasserstoff4 77Volumen-% brennbarer Stoffe0 50 1006 PHoENIx CoNTACTGrundlagen Explosionsschutz 1

1.1 Richtlinien, Normen undBestimmungenExplosionsschutz in EuropaATEX-RichtlinienMit den sogenannten ATEx-Richtlinienwird der freie Warenhandel in Europafestgelegt. Der Begriff ATEx ergibt sichaus den französischen Worten „ATmosphèreExplosible“.In dem Konzept der Europäischen Unionsind für den Explosionsschutz die ATEx-Richtlinie 94/9/EG für Hersteller unddie Richtlinie 1999/92/EG für Betreibereingeführt. Diese Richtlinien sind in denMitgliedsstaaten in nationales Rechtumzusetzen.Gerätegruppe und -kategorie nach ATEX-Richtlinie 94/9/EGGerätegruppe II „Über Tage“Explosionsgefährdete BereicheGerätegruppe I „Unter Tage“Schlagwettergefährdete Bereiche = KohlebergbauZielgruppe Richtlinie GebräuchlicheBezeichnung*Hersteller 94/9/EG ATEx 100aATEx 95Betreiber 1999/92/EG ATEx 118aATEx 137* Die Richtlinie stützt sich jeweils auf einenArtikel des Vertrages zur Gründung der europäischenUnion. Der Artikel hat sich in der Nummerierungverschoben.Um das geeignete Verfahren zur Konformitätsbewertungfestzulegen, muss derHersteller zunächst anhand der bestimmungsgemäßenVerwendung entscheiden,zu welcher Gerätegruppe und -kategoriedas Produkt gehört (siehe Tabelle nächsteSeite).Gerätegruppe I:Geräte zur Verwendung im Untertagebetriebvon Bergwerken und derenÜbertageanlagen, die durch Grubengase(Methan) und/oder brennbare Stäubegefährdet werden.Gerätegruppe II:Geräte zur Verwendung in den übrigenBereichen, die durch eine explosionsfähigeAtmosphäre gefährdet werdenkönnen.Den Gerätegruppen werden in derRichtlinie 94/9/EG Kategorien zugeordnet.Für die Gerätegruppe I wird dieKategorie M1 und M2 festgelegt. Inder Gerätegruppe II werden drei Kategorien1, 2 und 3 definiert. Über dieKategorie wird in der Betreiberrichtlinie1999/92/EG die Verbindung zu denZonen hergestellt.1.1 Richtlinien, Normen und Bestimmungen PHoENIx CoNTACT 7

Anforderungen an Gerätegruppe und -kategorieGerätegruppeKategorieSchutzgrad Gewährleistung des Schutzes BetriebsbedingungenI M1 sehr hoherGrad anSicherheitZwei unabhängige Schutzmaßnahmen.Sicher, wenn zwei Fehler unabhängig voneinanderauftreten.Produkte müssen aus Sicherheitsgründenbei vorhandener explosionsfähigerAtmosphäre weiter betriebenwerden können.I M2 hoherGrad anSicherheitSchutzmaßnahmen bei normalem Betrieb auch untererschwerten Bedingungen wirksam.Diese Produkte müssen beim Auftreteneiner explosionsfähigen Atmosphäreabgeschaltet werden können.II 1 sehr hoch Zwei unabhängige Schutzmaßnahmen.Sicher, wenn zwei Fehler unabhängig voneinanderauftreten.II 2 hoch Im normalen Betrieb und bei üblicherweise auftretendenFehlern sicher.Geräte bleiben in den Zonen 0, 1, 2(G) und 20, 21, 22 (D) weiter einsatzbereitund werden weiter betrieben.Geräte bleiben in den Zonen 1, 2 (G)und 21, 22 (D) weiter einsatzbereitund werden weiter betrieben.II 3 normal Im normalen Betrieb sicher. Geräte bleiben in den Zonen 2 (G)und 22 (D) weiter einsatzbereit undwerden weiter betrieben.KonformitätsbewertungGrundlage der Konformitätsbewertungist die Einstufung der elektrischenBetriebsmittel in Gerätegruppe undKategorie. Die Grafik zeigt den Zusammenhang.Mit Ausnahme von Gerätender Kategorie 3 und der Einzelprüfungist im Rahmen der Konformitätsbewertungeine EG-Baumusterprüfung notwendig.Die Überprüfung der Module wird durcheine benannte Stelle durchgeführt.Hier ein Beispiel: CE 0344CE: EG-Konformität bei Betriebsmitteln.Komponenten werden nicht mit dem CEZeichen gekennzeichnet.0344: benannte Stelle, hier KEMA.Kategorie 3 – Geräte werden nicht mitder Nummer einer benannten Stellegekennzeichnet, da sie nicht der Fertigungsüberwachungeiner benannten Stelleunterliegen.Kategorie 1 M1 M2QS Produktionoder Prüfung Produktc 0344QS Produkt* optional möglich, ähnliches VerfahrenKategorie 2EG-Baumusterprüfungoder Konformität mitBauartc 0344Gruppe IIGruppe IKonformitätsbewertung nach Richtlinie 94/9/EG für elektrische Betriebsmittel**Interne FertigungskontrollecKategorie 3Einzelprüfungc 03448 Phoenix CONTACTRichtlinien, Normen und Bestimmungen 1.1

Benannte Stelle (Notified Body)nach 94/4/EG (Auszug)Das EG-Baumusterprüfungszertifikatbescheinigt die durchgeführte Prüfungdurch eine benannte Stelle. BenannteStellen sind durch die EU festgelegt.Prüfstelle Land KennungPTB Deutschland 0102DEKRA ExAM Deutschland 0158TÜV Nord Deutschland 0044IBExU Deutschland 0637ZELM Ex Deutschland 0820BAM Deutschland 0589SIRA Großbritannien 0518INERIS Frankreich 0080LCIE Frankreich 0081LoM Spanien 0163KEMA Niederlande 0344CESI Italien 0722UL DEMKo Dänemark 0539NEMKo Norwegen 0470Explosionsschutz in NordamerikaAuf Grundlage des North AmericanHazardous Location Systems (HazLoc)werden grundlegende Regeln für denExplosionsschutz festgelegt.Das HazLoc-System wird von den folgendenInstitutionen geprägt:• Underwriters Laboratories Inc. (UL),• CSA International (CSA),• Factory Mutual Research (FM),• Institute of Electrical and ElectronicsEngineers (IEEE),• The Instrumentation, Systems andAutomation Society (ISA),• Mine Safety and Health Administration(MSHA),• National Electrical ManufacturersAssociation (NEMA),• National Fire Protection Association(NFPA),• United States Coast Guard (USCG).Als Basis des Explosionsschutzes inNordamerika gelten in den USA derNational Electrical Code (NEC) und inKanada der Canadian Electrical Code(CEC). Die aufgeführten Auszüge ausNEC und CEC beziehen sich auf denExplosionsschutz.National Electrical Code (NEC) in USAArtikel Inhalt500 Allgemeine Anforderungen an Divisions derClass I, II und III501 Anforderungen an Divisions der Class I502 Anforderungen an Divisions der Class II503 Anforderungen an Divisions der Class III504 Anforderungen an Divisions der Class I, II und IIIin Bezug auf Eigensicherheit (IS)505 Allgemeine und spezielle Anforderungen an dieZone 0, 1 und 2506 Allgemeine und spezielle Anforderungen an dieZone 20, 21 und 22Canadian Electrical Code (CEC) in KanadaArtikel Inhalt18-000 Allgemeine Anforderungen an Class I/Zone undClass II und III/Divisions18-090 Anforderungen an Zone 0 der Class I18-100 Anforderungen an Zone 1 und 2 der Class II18-200 Anforderungen an Divisions der Class II18-300 Anforderungen an Divisions der Class IIIAnhang JAllgemeine und spezielle Anforderungen anDivisions der Class I1.1 Richtlinien, Normen und Bestimmungen PHoENIx CoNTACT 9

Normung – elektrischer ExplosionsschutzBei der Entwicklung von Geräten gibtdie Einhaltung von Normen Herstellernund den späteren Betreiber eine gewisseHandlungssicherheit. Je nach Einsatzgebietkönnen entsprechende Normen undStandards herangezogen werden.Die ATEX-Richtlinie zum Beispiel, legtdie Einhaltung Grundlegender Sicherheits-und Gesundheitsanforderungenfest. Die Umsetzung kann von Herstelern/Betreiberndurch harmonisierteNormen erfüllt werden oder durch eingeeignetes eigenes Konzept.Die harmonisierten Normen werden imAmtsblatt der Europäischen Union veröffentlichtund durch deren Anwendunggilt die Konformitätsvermutung. Wähltder Hersteller ein eigenes Konzept, istein ausführlicher Nachweis erforderlich.Ein Certificate of Conformity durchIECEx ist nur bei Einhaltung der entsprechendenIEC-Normen möglich.Normen bzw. Standards für elektrische Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeten BereichenZündschutzart USA-Basis Prinzip EN-Norm IEC-Norm FM(USA)AllgemeineBestimmungenBasis für ZündschutzartenEN 60079-0 IEC 60079-0 FM 3600(ISA 12.00.01)UL(USA, Div.)UL(USA, Zone)CSA(Canada)CSA E60079-0Eigensicherheit Ex i Energiebegrenzung EN 60079-11 IEC 60079-11AEx i NEC505 FM 3610 UL 913 UL 60079-11 CSA E60079-11(IS) NEC504 FM 3610Erhöhte Ex eKonstruktive MaßnahmenEN 60079-7 IEC 60079-7durch Abstand undSicherheitAEx e NEC505 FM 3600Dimensionierung(ISA 12.16.01)UL2279 Pt.7 UL 60079-7 CSA E60079-7Non-incendive (NI) NEC500 Konstruktive Maßnahmendurch AbstandFM 3611 ISA 12.12.01 C22.2 No. 213Explosionproof (XP) NEC500 Konstruktive Maßnahmendurch EinschlussFM 3615z.B. Gehäuse:UL 1203C22.2 No. 30Druckfeste Ex dKonstruktive MaßnahmenEN 60079-1 IEC 60079-1KapselungAEx d NEC505 durch EinschlussFM 3600 UL2279 Pt.1 UL 60079-1 CSA E60079-1(ISA 12.22.01)VergusskapselungEx mAusschluss explosionsfähigerEN 60 079-18 IEC 60079-18AEx m NEC505 AtmosphäreFM 3600 UL2279 Pt.18 UL 60079-18 CSA E60079-18(ISA 12.23.01)Ölkapselung Ex o Ausschluss explosionsfähigerEN 60079-6 IEC 60079-6AEx o NEC505 AtmosphäreFM 3600 UL2279 Pt.6 UL 60079-6 CSA E60079-6(ISA 12.16.01)Sandkapselung Ex q Ausschluss explosionsfähigerEN 60079-5 IEC 60079-5 FM 3622AEx q NEC505 AtmosphäreFM 3600 UL2279 Pt.5 UL 60079-5 CSA E60079-5(ISA 12.25.01)ÜberdruckkapselungEx pAusschluss explosionsfähigerEN 60079-2 IEC 60079-2AEx p NEC505 Atmosphäre--- --- UL 60079-2 CSA E60079-2Typ X, Y, Z NEC500 FM 3620 NFPA 496Zündschutzart Ex nVerbesserte IndustriequalitätEN 60079-15 IEC 60079-15„n“AEx n NEC505 FM 3600 UL2279 Pt.15 UL 60079-15 CSA E60079-15(ISA 12.12.02)EigensichereelektrischeSysteme „i-Sys“Ex iEnergiebegrenzung inzusammengeschalteteneigensicheren StromkreisenEN 60079-25 IEC 60079-25EigensichereFeldbussystemeEx i Energiebegrenzung EN 60079-27 IEC 60079-27OptischeStrahlungEx opBegrenzung der StrahlungsleistungEN 60079-28 IEC 60079-2810 Phoenix CONTACTRichtlinien, Normen und Bestimmungen 1.1

Staubexplosionsschutz in EuropaIn der Analogie zur Normung für denGasexplosionsschutz gibt es Normen fürden Staubexplosionsschutz.Es wird an der Zusammenführung derGas- und Staub-Normen gearbeitet.Dies ist möglich, da die Normenreihefür den Staubexplosionsschutz 61241,wie die Normenreihe für den Gasexplosionsschutz60079, Zündschutzartenbeinhaltet.Die Normenreihe 61421 ist bereits zumTeil in die Normenreihe 60079 übernommenworden.Normen bzw. Standards für elektrische Betriebsmittel in staubexplosionsgefährdeten BereichenZündschutzart USA-Basis Prinzip EN-Norm IEC-Norm FM (USA)AllgemeineBestimmungenSchutz durchGehäuseBasis für ZündschutzartenUL (USA,Div.)UL(USA, Zone)EN 60079-0 IEC 60079-0 FM 3600 ISA 61241-0Ex tSchutz durch Gehäuse- EN 60079-31 IEC 60079-31 ISA 61241-1(DIP) NEC500KonstruktionFM 3616FM 3611UL 1203(NI) NEC500 FM 3611Eigensicherheit Ex i Energiebegrenzung EN 61241-11 IEC 61241-11 FM 3610 UL 913 ISA 61241-11CSA(Canada)ÜberdruckkapselungEx pAusschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 61241-4 IEC 61241-4 FM 3620 NFPA 496 ISA 61241-4VergusskapselungEx mAusschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 60079-18 IEC 60079-18 ISA 61241-18Abkürzungen auf Basis der NEC500 in NordamerikaXPExplosionsgeschütztISBetriebsmittel mit eigensicheren StromkreisenAISZugehörige Betriebsmittel mit eigensicheren StromkreisenANIZugehöriger nichtzündender FeldstromkreisPX, PY, PZ ÜberdruckkapselungAPX, APY, APZ Zugehöriges Überdrucksystem oder KomponenteNINichtzündende Betriebsmittel und nichtzündender FeldstromkreisDIPStaub-ZündschutzNormung – mechanischer ExplosionsschutzDie ATEX-Richtlinie 94/9/EG enthältharmonisierte Anforderungen an nichtelektrischeGeräte, auch für den Einsatzin staubexplosionsgefährdeten Bereichen.In Analogie zur Normung für elektrischeGeräte gibt es Normen für nichtelektrischeGeräte.Normen für nichtelektrische Betriebsmittel in explosionsgefährdetenBereichenZündschutzartEN-NormGrundlagen und Anforderungen EN 13463-1fr Schwadenhemmendes Gehäuse EN 13463-2(nur für Gerätekategorie 3)d Druckfeste Kapselung EN 13643-3c Konstruktive Sicherheit EN 13463-5b Zündquellenüberwachung EN 13463-6p Überdruckkapselung EN 13463-7k Flüssigkeitskapselung EN 13463-81.1 Richtlinien, Normen und Bestimmungen Phoenix CONTACT 11

Normung – Planung, Errichtung und BetriebDie Richtlinie 1999/92/EG erfordert vom Betreiber prozesstechnische Anlagen, die Sicherstellung des Explosionsschutzes.Die hierzu einzuhaltenden Anforderungen sind in EN- und IEC-Normen angegeben.Bezeichnung EN-Norm IEC-NormExplosionsschutzTeil 1: Grundlagen und MethodikEN 1127-1Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete BereicheTeil 10: Einteilung der explosionsgefährdeten BereicheEN 60079-10neu: EN 60079-10-1IEC 60079-10neu: IEC 60079-10-1Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete BereicheTeil 14: Elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten BereichenEN 60079-14 IEC 60079-14Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete BereicheTeil 17: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdetenBereichen (ausgenommen Grubenbaue)EN 60079-17 IEC 60079-17Explosionsfähige AtmosphäreTeil 19: Gerätereparatur, Überholung und RegenerierungEN 60079-19 IEC 60079-19Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbaremStaubTeil 10: Einteilung von staubexplosionsgefährdeten BereichenEN 61241-10neu: EN 60079-10-2IEC 61241-10neu: IEC 60079-10-2Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbaremStaubTeil 14: Auswahl und ErrichtenEN 61241-14 IEC 60079-14Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbaremStaubTeil 17: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdetenBereichen (ausgenommen Grubenbaue)EN 61241-17 IEC 61241-1712 Phoenix CONTACTRichtlinien, Normen und Bestimmungen 1.1

1.2 ZoneneinteilungEuropaExplosionsgefährdete Bereiche werdengenormten Zonen zugeordnet, die inzwei Bereiche unterschieden werden:• gasexplosionsgefährdete Bereiche und• staubexplosionsgefährdete Bereiche.Die Zonen wurden bisher für Gase inder EN 60079-10 und für Stäube inEN 61241-10 definiert.Im Rahmen der Überführung der StaubnormenreiheEN 61241 in die NormenreiheEN 60079 wurde die Einteilungin Gas- und StaubexplosionsgefährdeteBereiche in die EN 60079-10 Teil 10-1und 10-2 übernommen.Weiterhin wurde von dem EuropäischenKomitee Normung (CEN) die NormEN 1127-1 erstellt. Die EN 1127-1 beinhaltetgrundlegende Informationen zumExplosionsschutz und unterstützt beideATEx-Richtlinien (94/9/EG und 1999/92/EG).Die Einteilung der Zonen erfolgt aufGrund der Häufigkeit des Auftretensvon explosionsfähiger Atmosphäre. Inden Explosionsschutz-Regeln der BerufsgenossenschaftChemie in Deutschlandsind weitere Hilfestellungen zur Zoneneinteilungzu finden.Beispiel für ZoneneinteilungZonen für gasexplosionsgefährdete BereicheIn der EN 60079-10-1 sind die Zonen für gasexplosionsgefährdete Bereichedefiniert.ZonenZone 0Zone 1SenkeArt der Gefahrständig, lange Zeiträume, häufiggelegentlichVentilZone 1Zone 0Zone 2Zone 2normalerweise nicht, nur kurzzeitig1.2 Zoneneinteilung PHoENIx CoNTACT 13

Zonen für staubexplosionsgefährdete BereicheIn der EN 61242-10 sind die Zonen erstmals für staubexplosionsgefährdete Bereiche*definiert. Heute sind sie in der EN 60079-10-2 zu finden.Einteilung inDeutschlandvor ATEXZone 10Einteilung nachATEXZone 20Zone 21Art der Gefahrständig, lange Zeiträume, häufiggelegentlichZone 11 Zone 22 normalerweise nicht, nur kurzzeitigZusammenhang zwischen Zoneund KategorieDer Zusammenhang zwischen denZonen und Gerätekategorien wir imAnhang 2 in der Betreiberrichtlinie1999/92/EG hergestellt.Zuordnung nach 1999/92/EGZone Gerätekategorie0, 20 11, 21 1, 22, 22 1, 2, 3* Grobe Zuordnung, im Einzelfall zu überprüfenStäube wurden früher in Deutschland inzwei Zonen unterteilt. Im Rahmen derÜberarbeitung von Normen auf Grundvon europäischen Richtlinien wurde dieZoneneinteilung auch bei Stäuben europaweitin drei Zonen unterteilt. Es istaber zu berücksichtigen, dass die Zonen10 und 11 nicht ungeprüft auf die neueZoneneinteilung übertragen werdenkönnen.NordamerikaEntsprechend dem National ElectricalCode (NEC) werden in den USA Zonenbzw. Divisionen eingeteilt. Für Kanadawird gemäß dem Canadian ElectricalCode (CEC) entsprechend verfahren.Der Vergleich mit den IEC/EN Zoneneinteilungkann nur als grobe Näherungbetrachtet werden.Die Konvertierung muss im Einzelfallüberprüft werden. Insbesondere gilt diesfür elektrische Betriebsmittel für Division2. Diese lassen sich oft nicht ohnezusätzliche Prüfung und Zertifizierungin Zone 2 einsetzen. Im vereinfachtenZuordnungsschema werden die Möglichkeitendargestellt.Explosionsgefährdete Bereichemit typischen StoffenBereichCLASS I(GaseundDämpfe)Groups (typischer Stoff)Group A (Acetylen)Group B (Wasserstoff)Group C (Ethylen)Group D (Propan)CLASS II(Stäube)Group E (Metallstaub)Group F (Kohlestaub)Group G (Getreidestaub)CLASS III(Fasern)Keine UntergruppenVereinfachtes Zuordnungsschema für Zonen und DivisionBereicheIEC/EN Zone 0 Zone 1 Zone 2USA: NEC 505 Zone 0 Zone 1 Zone 2USA: NEC 500 Division 1 Division 2Explosionsfähiger Stoff Class Group Explosionsfähiger Stoff Class GroupGas/Nebel oder Flüssigkeit I A, B, C, D Gas/Nebel oder Flüssigkeit I A, B, C, DStaub II E, F, G Staub II F, GFasern III –– Fasern III ––14 Phoenix CONTACTZoneneinteilung 1.2

Bedeutung der Classes, Divisions und ZonesEinteilung ExplosionsfähigeAtmosphäreArt der GefahrClass I,Division 1Gas, Flüssigkeit undDampfZündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeitenkönnen permanent oder zeitweise unter normalen Betriebsbedingungenexistieren.Class I,Division 2Gas, Flüssigkeit undDampfZündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeitentreten wahrscheinlich nicht unter normalen Betriebsbedingungen auf.Class I, Zone 0Gas, Flüssigkeit undDampfZündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeitentreten unter normalen Betriebsbedingungen permanent oder über einen langenZeitraum auf.Class I, Zone 1Gas, Flüssigkeit undDampfZündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeitentreten wahrscheinlich unter normalen Betriebsbedingungen auf.Class I, Zone 2Gas, Flüssigkeit undDampfZündfähige Konzentrationen entflammbarer Gase, Dämpfe oder Flüssigkeitentreten wahrscheinlich nicht unter normalen Betriebsbedingungen auf.Class II,Division 1StaubZündfähige Konzentrationen brennbaren Staubs können permanent oderzeitweise unter normalen Betriebsbedingungen existieren.Class II,Division 2StaubZündfähige Konzentrationen brennbaren Staubs treten wahrscheinlich nichtunter normalen Betriebsbedingungen auf.Class III,Division 1FasernBereiche, in denen leicht entzündbare Fasern verarbeitet oder transportiertwerden.Class III,Division 2FasernBereiche, in denen leicht entzündbare Fasern gelagert oder transportiertwerden.1.2 Zoneneinteilung Phoenix CONTACT 15

1.3 ZündschutzartenAllgemeine AnforderungenDie Basis für die genormten Zündschutzartensind die Anforderungen an dieOberflächentemperatur, die Luft- undKriechstrecken, die Kennzeichnung vonelektrischen Betriebsmitteln, die Zuordnungder elektrischen Betriebsmittel andas Einsatzgebiet und der Zonen.Alles, was über die grundsätzlich notwendigenund allgemein gültigen Anforderungenhinausgeht, wird in der jeweiligenZündschutzart festgelegt.Einteilung der Geräte in GruppenDie ATEX-Richtlinie fordert eine Einteilungder Geräte in Gerätegruppen.Dem Untertagebetrieb wird die GerätegruppeI zugeordnet. Diese Gruppewurde früher mit dem Begriff „Schlagwettergefährdet“(alte Abkürzung:„Sch“) bezeichnet.Alle anderen explosionsgefährdetenBereiche werden der Gerätegruppe IIzugeordnet. Beispiele sind Petrochemie,Chemie und Siloanlagen mit brennbarenStäuben. Diese Gruppe wurde früher mitdem Begriff "Explosionsgefährdet" (alteAbkürzung Ex) bezeichnet.Zusätzlich zu den Gerätegruppen nachATEX-Richtlinie werden Geräte nach derNormenreihe 60079 entsprechend ihremspäteren Einsatzbereichs einer weiterenGruppe zugeordnet.In den Zündschutzarten Eigensicherheit,Druckfeste Kapselung und Zündschutzart„n“ wurden die Geräte für Gasezusätzlich in die Gruppen IIA, IIB und IICeingeordnet.Maximal zulässige Energie nachEN 60079-11GruppeMaximal zulässige EnergieIIC 20μJIIB 80μJIIA160μJIn der neuen EN 60079-0:2009 wirdnicht mehr zwischen den Zündschutzartenunterschieden. Die Zuordnung zuden Gruppen IIA, IIB oder IIC ist füralle vorzunehmen. Weiterhin wird in derEN 60079-0:2009 eine dritte Gruppeeingeführt. Die Gruppe III beschreibt diebrennbaren Stäube, die ebenfalls weiterunterteilt wird, in IIIA, IIIB, IIIC.BereicheSchlagwettergefährdeteGrubenbaueGasexplosionsgefährdete BereicheGerätegruppe nachRichtlinie 94/9/EGGruppe nachEN 60079-0:2006Gruppe nachEN 60079-0:2009Gruppe I Gruppe I Gruppe IGruppe IIGruppe IIIIAGruppe II ** IIBStaubexplosionsgefährdeteIICIIIABereiche Gruppe II Gruppe III * IIIBIIIC* IIIA: brennbare Flusen, IIIB: nicht-leitfähiger Staub, IIIC: leitfähiger Staub** in Abhängigkeit von der ZündschutzartIIAIIBIIC16 Phoenix CONTACTZündschutzarten 1.3

Temperaturklassen/-grenzen beiGasen und StäubenTemperaturen für die Gruppe IDie max. zulässige oberflächentemperaturder Betriebsmittel ist abhängig vonder Art der Ablagerung von Kohlestaub.Temperaturen für die Gruppe IGruppe I Temperatur BedingungenSchlagwettergefährdeterGrubenbau (Kohlebergbau)150°C450°Cmit Ablagerung von Kohlestaubam Betriebsmittelohne Ablagerung von Kohlestaubam BetriebsmittelTemperaturklassen für die Gruppe IIDie Zündung der explosionsfähigenAtmosphäre kann verhindert werden,wenn die oberflächentemperatur derBetriebsmittel niedriger ist als die Zündtemperaturdes umgebenden Gases. Dieoberflächentemperatur gilt für alle Teileeines elektrischen Betriebsmittels, diein Berührung mit dem explosionsfähigenStoff kommen können.Der überwiegende Teil der Gase läßtsich den Temperaturklassen T1 bis T3zuordnen.Zulässige Oberflächentemperaturfür GaseZündtemperatur des GasesAmmoniak 630°CMethan 595°CWasserstoff 560°CPropan 470°CEthylen 425°CButan 365°CAcetylen 305°CCyclohexan 259°CDiethylether 170°CSchwefelkohlenstoff 95°CQuelle: GESTIS-StoffdatenbankTemperaturklasse Gruppe IIfür Europa und USAGruppe IIT1=450T2=300T3=200T4=135T5=100T6=85ºCT1=450T2=300T2A=280T2B=260T2C=230T2D=215T3=200T3A=180T3B=165T3C=160T4=135T4C=120T5=100T6=85BeispielIn einem Gehäuse der ZündschutzartEx e IIC T6 werden Reihenklemmeneingesetzt.Dabei muss die maximal zulässigeStromstärke so bemessen werden, dassdie Temperaturklasse T6 auch an denReihenklemmen eingehalten wird. DasGehäuse ist in IP-Schutzart IP 54 aus-geführt, aber das explosionsfähige Gaskann dennoch in das Gehäuse eindringen.Daher ist es nicht ausreichend, nurdie oberflächentemperatur des Gehäuseszu betrachten.Gehäuse Ex e mitReihenklemmenTemperaturgrenze bei StaubBei staubexplosionsgefährdeten Bereichenwird die maximale oberflächentemperaturals Temperaturwert [°C]angegeben.Die maximale oberflächentemperaturdes Betriebsmittels darf die Zündtemperatureiner Staubschicht oder einerWolke des brennbaren Staubes nichtüberschreiten.Luft- und KriechstreckeBei den Zündschutzarten Eigensicherheit,Erhöhte Sicherheit und Zündschutzart„n“ sind Luft- und Kriechstreckeneinzuhalten.Unter dem Begriff Luftstrecke wird diekürzeste Verbindung zwischen zweiPotentialen durch die Luft definiert. AlsKriechstrecke wird die kürzeste Verbindungzwischen zwei Potentialen übereine oberfläche bezeichnet.Abhängig von der vergleichenden Kriechstromzahl(CTI) des Werkstoffs muss einMindestabstand eingehalten werden.Die Mindestabstände für Luft- undKriechstrecken sind in der jeweiligenZündschutzart festgelegt, die angewendetwerden soll.LuftstreckenKriechstreckenLuft- und Kriechstrecke1.3 Zündschutzarten PHoENIx CoNTACT 17

Zündschutzarten und ihre AnwendungZündschutzarten für elektrische Betriebs mittel in gasexplosionsgefährdeten BereichenZündschutzart Schutzprinzip EN/IEC Zone Anwendungd Druckfeste Kapselung Verhinderung derAusbreitung einerExplosionEN 60079-1IEC 60079-11 oder 2 Schalt- Befehls- und Meldegeräte, Steuerungen,Motoren, Leistungselektronikpx, py, pz Überdruck kapselung Ausschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 60079-2IEC 60079-21 oder 2 Schalt- und Steuerschränke, Motoren,Mess- und Analysegeräte, Rechnerq Sandkapselung Funken verhindern EN 60079-5IEC 60079-51 oder 2 Transformatoren, Relais,Kondensatoreno Ölkapselung Ausschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 60079-6IEC 60079-61 oder 2 Transformatoren, Relais, Anlaufsteuerungen,Schaltgerätee Erhöhte Sicherheit Funken verhindern EN 60079-7IEC 60079-71 oder 2 Abzweig- und Verbindungskästen, Gehäuse,Motoren, Klemmenia, ib, ic Eigensicherheit Begrenzung derZündenergieEN 60079-11IEC 60079-11Eigensichere Systeme EN 60079-25IEC 60079-25Eigensichere Felbussysteme(FISCO), nicht funkendeFeldbussysteme (FNICO)EN 60079-27IEC 60079-270, 1 oder 2 Mess-, Steuer- und Regeltechnik,Sensoren, Aktoren, Instrumentierung0, 1 oder 21 bzw. 2nANicht funkendes Betriebsmittelvergleichbar mit Ex e EN 60079-15IEC 60079-152 Nur Zone 2nC Funkendes Betriebsmittel vergleichbar mit Ex d EN 60079-15IEC 60079-152 Nur Zone 2nL*Energiebegrenzt* unterschiedl. in Nord amerika undEuropa, zukünftig "ic"vergleichbar mit Ex i EN 60079-15IEC 60079-152 Nur Zone 2nRSchwadensicheresGehäuseSchutz durch Gehäuse EN 60079-15IEC 60079-152 Nur Zone 2nPVereinfachte Überdruckkapselungvergleichbar mit Ex p EN 60079-15IEC 60079-152 Nur Zone 2ma, mb, mc Verguss kapselung Ausschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 60079-18IEC 60079-180, 1 oder 2 Spulen von Relais und Motoren, Elektronik,Magnetventile, Anschlusssystemeop is, op pr,op shOptische StrahlungEnergieübertragungvon optischer Strahlungbegrenzen oder vermeidenEN 60079-28IEC 60079-281 oder 2 Optoelektronische Geräte18 Phoenix CONTACTZündschutzarten 1.3

Zündschutzarten für elektrische Betriebs mittel in Bereichen mit brennbarem StaubZündschutzart Schutzprinzip EN/IEC Zone AnwendungtDSchutz durch Gehäuse Ausschluss explosionsfähigerEN 61241-1Atmosphäre IEC61241-1neu:ta, tb, tcneu:EN 60079-31IEC 60079-3121 oder 22 Schalt-, Befehls- und Meldegeräte, Leuchten,Abzweig- und Verbindungskästen,GehäusepDzukünftig:pÜberdruckkapselungAusschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 61241-4IEC 61241-4zukünftig:EN 60079-2IEC 60079-221 oder 22 Schalt- und Steuerschränke, Motoren,Mess- und AnalysegeräteiaD, ibDzukünftig:ia, ib, icEigensicherheitBegrenzung der Zündenergieund obrflächentemperaturEN 61241-11IEC 61241-11zukünftig:EN 60079-11IEC 60079-1120, 21 oder 22 Mess-, Steuer- und Regeltechnik,Sensoren, Aktoren, InstrumentierungmaD, mbDneu:ma, mb, mcVergusskapselungAusschluss explosionsfähigerAtmosphäreEN 61241-18IEC 61241-18neu:EN 60079-18IEC 60079-1820, 21 oder 22 Spulen und Relais der Motoren,Elektronik und Anschluss-SystemeDie Anforderungen der EN- und IEC- Normen werden zukünftig in dieentsprechenden Normen für Betriebsmittel in gasexplosionsgefährdeteBereiche überführt. Bei einigen Normen ist dies bereits erfolgt.1.3 Zündschutzarten PHoENIx CoNTACT 19

Eigensicherheit Ex iPrinzipDie Zündschutzart Eigensicherheitbezieht sich im Unterschied zu anderenZündschutzarten (z.B. erhöhte Sicherheit)nicht nur auf einzelne Betriebsmittel,sondern auf den gesamten Stromkreis.Ein Stromkreis wird als eigensicherbezeichnet, wenn Strom und Spannungsoweit begrenzt sind, dass ein Funkeoder thermischer Effekt keine Zündungeiner explosionsfähigen Atmosphäre auslösenkann.URLPrinzipschaltbild eines StromkreisesCUm die Energie des Funken unterhalbder Zündenergie des umgebenden Gaseszu halten, wird die Spannung begrenzt.Der thermische Effekt, also zu heißeoberflächen, wird durch die Strombegrenzungverhindert. Dieses gilt auch fürdie an den eigensicheren Stromkreisenangeschlossenen Sensoren. Energie kannauch gespeichert sein in Kapazitätenoder Induktivitäten innerhalb des eigensicherenStromkreises und müssen ebenfallsbei der Betrachtung des eigensicherenStromkreises berücksichtigt werden.U oI o =I maxRU o =U ZPrinzipschaltbild zur Spannungs- und StrombegrenzungDie Zener-Diode wird ab einem definiertenSpannungswert leitend. Dadurchwird die Spannung Uo in den explosionsgefährdetenBereich begrenzt. Ein inReihe geschalteter Widerstand begrenztden maximalen Strom Io.Imax = Io=UoRMit der Begrenzung von Spannung undStrom gilt für die maximale Leistung:Po =Uo24RDie maximal zulässigen Werte ergebensich aus den Zündgrenzkurven, die in derNorm EN 60079-11 angegeben sind.Die Zündgrenzkurven wurden mit einemFunkenprüfgerät ermittelt, wie es imAnhang B der EN 60079-11 beschriebenist.Die Zündgrenzkurven enthalten Festlegungenfür die Gasgruppen I sowie II.Die Gruppe II wird anhand der Zündernergiennochmals in IIA, IIB und IICunterteilt.Zündenergien typischer GaseGruppeIII AII BII CTypischesGasMethanPropanÄthylenWasserstoffZündenergie/μJ280> 18060 … 180< 60Elektrische Betriebsmittelund zugehörige elektrischeBetriebsmittelEin eigensicherer Stromkreis besteht ausmindestens einem elektrischen Betriebsmittelund einem zugehörigen Betriebsmittel.Die Stromkreise der elektrischenBetriebsmittel erfüllen die Anforderungender Eigensicherheit. ElektrischeBetriebsmittel dürfen nur über zugehörigeBetriebsmittel mit nichteigensicherenStromkreisen verbunden werden.Ein zugehöriges Betriebsmittel besitztsowohl eigensichere als auch nichteigensichereStromkreise. Die Trennung derStromkreise erfolgt durch Zener-Barrierenoder galvanische Trenner.Eigensichere elektrische Betriebsmittelund eigensichere Teile von zugehörigenBetriebsmitteln werden nachEN 60079-11 in die Schutzniveau „ia“,„ib“ und „ic“ eingeordnet.Eigensicheres elektrisches BetriebsmittelZugehöriges elektrisches BetriebsmittelExplosionsgefährdeter BereichSicherer BereichBeispiel: Zusammenschaltung elektrischer Betriebsmittel in der Zündschutzart Eigensicherheit.20 PHoENIx CoNTACTZündschutzarten 1.3

Schutzniveau nach EN 60079-11SchutzniveauiaibFehlerbetrachtungNicht in der Lage,im Normalbetrieb,beim Auftretenirgendeiner Kombinationvon zweiFehlern eine Zündungzu verursachen.Nicht in der Lage,im Normalbetrieb,beim Auftreteneines Fehlers eineZündung zu verursachen.zulässigeZonen0,1,21,2Zugehörige Betriebsmittelmit/ohne galvanischer TrennungFür eigensichere Stromkreise in dieZone 0 wird von der NormEN 60079-14 Kap. 12.3 empfohlen,zusätzlich zum Schutzniveau „ia“ die galvanischeTrennung zu bevorzugen.RExplosionsgefährdeterBereichF1Sicherer BereichOhne galvanische Trennung: ZenerbarriereExplosionsgefährdeter BereichSicherer BereichEinfache elektrische BetriebsmittelEinfache elektrische Betriebsmittel benötigenkeine Zulassung, müssen jedocheiner Temperaturklasse zugeordnet seinund den weiteren zutreffenden Anforderungender EN 60 079-11 entsprechen.Die Maximaltemperatur kann aus derLeistung Po des zugehörigen Betriebsmittelsberechnet und die Temperaturklassebestimmt werden.Die Kennwerte der Energiespeichermüssen genau festgelegt werden undsind bei der Bestimmung der Gesamtsicherheitdes Systems zu berücksichtigen.icGerät ist nicht inder Lage, im NormalbetriebeineZündung zu verursachen.2Mit galvanischer Trennung: TrennerEinfaches elektrisches BetriebsmittelZugehöriges elektrisches BetriebsmittelDas Schutzniveau „ia“, „ib“ oder „ic“legt fest, ob in der Schutzbeschaltungeine 2-Fehler- oder 1-Fehler-Sicherheitoder keine Fehlersicherheit vorhandenist.Es wird bei der Eigensicherheit eineFehlerbetrachtung durchgeführt, um eineExplosionsgefahr auszuschließen. Damitwird aber über die Betriebssicherheitkeine Aussage gemacht. Das bedeutet,ein funktionaler Totalausfall desBetriebsmittels kann bezogen auf denExplosionsschutz zulässig sein.Die elektrischen Betriebsmittel dürfenentsprechend dem Schutzniveaubis in Zone 0 eingesetzt werden. Beizugehörigen Betriebsmitteln erfolgt dieIn stallation im sicheren Bereich, lediglichdie eigensicheren Stromkreise werdenentsprechend der Schutzniveaus in denexplosionsgefährdeten Bereich geführt.Grundsätzlich ist es möglich, zugehörigeBetriebsmittel in einer weiteren Zündschutzartauszuführen, um diese dannin Zone 2 oder ggf. sogar in Zone 1 zuinstallieren.Explosionsgefährdeter BereichSicherer BereichÜbersicht einfache elektrische Betriebsmittel (EN 60079-11)passive Bauelemente Energiespeicher Energiequellen*PT 100 Kondensator ThermoelementSchalter Spule Photozellen* AnforderungU ≤ 1,5VI ≤ 100mAVerteilerkästenP ≤ 25mWWiderstände1.3 Zündschutzarten PHoENIx CoNTACT 21

Zündschutzart „n“Die Zündschutzart „n“ lässt sich als eineverbesserte Industriequalität beschreiben,die für den Normalbetrieb ausgelegtist. Eine Fehlerfallbetrachtung wiezum Beispiel bei der ZündschutzartEigensicherheit wird nicht durchgeführt.Angewendet werden kann diese nur fürdie Gerätegruppe II und den Einsatzdes elektrischen Betriebsmittels in derZone 2. Der Hersteller legt die technischenDaten für den Normalbetrieb fest.Bei der Zündschutzart „n“ werden fünfverschiedene Ausführungen unterschieden,die sich zum Teil aus den bekanntenZündschutzarten Erhöhte Sicherheit,Eigensicherheit, Druckfeste Kapselung,Überdruckkapselung und Vergusskapselungableiten lassen.Diese Zündschutzart ist in Anlehnungan die US-Zündschutzart Non-Incendive(NI) entstanden und wurde normativ imJahr 1999 in Europa eingeführt.Es wird hier in die Untergruppen nA,nC, nR, nL und nP unterschieden.Die Zündschutzart nL wird in der nächstenAusgabe der EN 60079-15 nichtmehr enthalten sein. Sie wird in derNorm EN 60079-11 in das Schutzniveau"ic" aufgenommen.Unterteilung der Zündschutzart „n“ in EuropaKurzzeichenBedeutungVergleichbarmit …MethodeA Nicht funkend Ex e Auftreten von Lichtbögen, Funken oder heißenOberflächen wird minimiertUntergliederung derGruppe IIab EN 60079-0:2009Unterteilung in IIA, IIB, IICCFunkendeBetriebs mittelteilweiseEx d, Ex mumschlossene Schalteinrichtung, nichtzündfähigeBauteile, hermetisch dichte, abgedichtetoder gekapselte EinrichtungenIIA, IIB, IICRSchwadensichereGehäuse--- Eindringen von explosiven Gasen wirdbeschränktab EN 60079-0:2009Unterteilung in IIA, IIB, IICL * Energie begrenzt Ex i Energiebegrenzung, damit weder Funkenoch thermische Wirkung eine ZündunghervorruftIIA, IIB, IICPVereinfachteÜberdruckkapselungEx pEindringen von explosiven Gasen wirddurch Überdruck verhindert, Überwachungohne Abschaltungab EN 60079-0:2009Unterteilung in IIA, IIB, IIC* unterschiedlich in Nordamerika und EuropaUnterteilung der Zündschutzart „n“ in NordamerikaBezeichnung nach NECEnergy Limited „nC“ *Hermetically Sealed „nC“Nonincendive „nC“Non-Sparking „nA“Restricted Breathing „nR“Sealed Device „nC“Simplified Pressurization „nP“ *** unterschiedlich in Nordamerika und Europa** in USA als Typ X, Y und Z bezeichnetBedeutungEnergiebegrenztHermetisch verschlossenNichtzündende BetriebsmittelNichtfunkende BetriebsmittelSchwadensicherVerschlossene BetriebsmittelEinfache Überdruckkapselung22 Phoenix CONTACTZündschutzarten 1.3

Erhöhte Sicherheit Ex eIn der Zündschutzart Erhöhte Sicherheitkönnen Spannungen bis 11 kV in denexplosionsgefährdeten Bereich gebrachtwerden. Insbesondere zur Versorgungvon Motoren, Leuchten und Transformatorenist die Erhöhte Sicherheit geeignet.Das Schutzprinzip beruht auf konstruktivenMaßnahmen.Unterteilt in Spannungsebenen werdenLuft- und Kriechstrecken für diespannungsführenden Teile festgelegt.Dadurch werden elektrische Funkenverhindert. Zusätzlich muss mindestensdie IP-Schutzart (EN 60529) IP 54 erfülltwerden.Mit der Begrenzung der Oberflächentemperaturwird sichergestellt, dasswährend des Betriebes an keiner Stelle,auch im Inneren des Gehäuses, dieexplosionsfähige Atmosphäre entzündetwerden kann. Das Gehäuse schließtnicht das Eindringen von Gasen aus.Druckfeste Kapselung Ex dBei der Zündschutzart Druckfeste Kapselungwird die Ausbreitung einer Explosiondurch die Gehäusekonstruktionverhindert. Eine im Inneren stattfindendeExplosion ist nicht in der Lage, die dasGehäuse umgebende explosionsfähigeAtmosphäre zu zünden. Dies führt zusehr robusten Gehäusen.Die Gehäuse besitzen Deckel und Einführungsstellen,zum Beispiel für Kabelund Leitungen.Die hier vorhandene Grenzspaltweitewird so dimensioniert, dass eine Übertragungder Explosion vom Inneren desGehäuses in die umgebende explosionsfähigeAtmosphäre verhindert wird.Es ist nicht zulässig, bei Kabel- und Leitungseinführungenin der ZündschutzartEx d das Gewinde zu fetten oder mitder Drahtbürste Rost zu entfernen.Dadurch kann die Spaltweite verändertund das Schutzprinzip zerstört werden.Die Vorgaben des Herstellers sind unbedingteinzuhalten.Verguss-, Sand- oder Ölkapselung Ex m, Ex q, Ex oPrinzip der Zündschutzarten Vergusskapselung,Sandkapselung und Ölkapselungist das Einschließen von möglichen Zündquellenin einem elektrischen Betriebsmitteldurch das Medium Vergussmasse,Sand oder Öl. Damit wird die Zündungder explosionsfähigen Atmosphäre verhindert.In diesen Zündschutzarten können auchSpannungen bis 10…11 kV verwendetwerden.1.3 Zündschutzarten Phoenix CONTACT 23

Überdruckkapselung Ex pDie Zündschutzart Überdruckkapselungbeschreibt Methoden, mit denen dasEindringen von explosionsfähiger Atmosphärein Gehäuse oder in die Schaltwartedurch Überdruck verhindert wird.Der Umgebungsdruck um das Gehäuseist immer niedriger als innerhalb.Es sind drei Formen der Überdruckkapselungmöglich (siehe Tabelle). Beistatischem Überdruck muss das Gehäusehermetisch abgedichtet sein. Ein Druckverlustfindet nicht statt. Weiter verbreitetsind jedoch Methoden, bei denender Überdruck durch den Ausgleich derLeckverluste oder ständiger Spülunggehalten wird. Der Überdruck wirdmeist durch einfache Druckluft erzeugt.Die Zündschutzart Ex p erfordert eineÜberwachungseinheit, die die elektrischenBetriebsmittel im Inneren desGehäuses sicher abschaltet, sobald nichtmehr ausreichend Überdruck vorhandenist. Dabei muss die Überwachungseinheitin einer anderen Zündschutzart ausgeführtsein, damit diese auch ohne Überdruckbetrieben werden kann.Im Inneren können Betriebsmittel ohneBerücksichtigung des Explosionsschutzesbetrieben werden.Die Oberflächentemperatur derBetriebsmittel darf nach dem Abfall desÜberdrucks die eindringende explosionsfähigeAtmosphäre nicht entzünden.Ist es aus betrieblichen Gründen erforderlich,dass ein Gerät oder eine Komponenteim Inneren des Gehäuses nichtabgeschaltet werden darf, muss es ineiner anderen Zündschutzart explosionsgeschütztsein.Möglichkeiten der ÜberdruckkapselungÜberdruckkapselung Statisch Ausgleich der Leckverluste Ständige DurchspülungDruckluftohneNachführenAusgleich der LeckverlusteStändiges NachführenBetriebszustände --- Vorspülphase:Das Gehäuse wird gespült und möglicherweise vorhandene explosionsfähigeAtmosphäre wird aus dem Gehäuse entfernt.Betriebsphase:Der Überdruck im Gehäuse wird überwacht. Falls dieser abfällt, werden dieelektrischen Betriebsmittel im Gehäuseinneren abgeschaltet24 Phoenix CONTACTZündschutzarten 1.3

1.4 Kennzeichnung von Ex-ProduktenKennzeichnung für elektrische BetriebsmittelKennzeichnung nachATEX-RichtlinieKennzeichnung nachEN 60079-0:2009EG-BaumusterprüfbescheinigungAktuellesHerstellerjahrKonformitätsbewertungnach 94/9/EG(ATEX)elektrischesBetriebsmittelelektrischesBetriebsmittelGeräteschutzniveau,EPL(Ga, Gb, Gc, Da,Db, Dc)c 10 X II 10344GAtmosphäre(G=Gas,D=Staub)Gerätekategorie(1, 2, 3)Ex ia IIC T6 GaTemperaturklasse(für direkt imEx-Bereich eingesetzteBetriebsmittel)(T1 … T6)Gasgruppe(IIIA, IIIB, IIIC)oder Staubgruppe(IIIA, IIIB, IIIC)TÜV 01 ATEX 1750Nummer derBescheinigungBaumustergeprüftnach94/9/EG(ATEX)Gerätegruppe(I, II)Zündschutzart(ia, ib, ic, e, d, …)Jahr der EG-Baumusterprüfbescheinigungbenannte StelleFertigungsüberwachung(z.B. KEMA)ExplosionsgeschütztbenannteStelle (NotifiedBody)1.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten Phoenix CONTACT 25

Zusammenhang von Kategorien,EPL und ZonenDer Equipment Protection Level (EPL)wird in der Norm EN 60079-0:2009 neueingeführt und gibt das Geräteschutzniveaudes Gerätes oder der Komponentean. Das Geräteschutzniveau ist in Analogiezu den Kategorien der ATEX-Richtliniezu sehen. Somit ist jetzt auch überdie Kennzeichnung nach Zündschutzarteine einfachere Zuordnung der Gerätezu den Zonen möglich.Gerätekategorienach ATEX-Richt -linie 94/9/EGGeräteschutzniveauEPL (EquipmentProtection Level)ZoneArt der GefahrGas 1G Ga 0 Ständig, lange Zeiträume,häufig2G Gb 1 Gelegentlich3G Gc 2 Normalerweise nicht,nur kurzfristigStaub 1D Da 20 Ständig, lange Zeiträume,häufig2D Db 21 Gelegentlich3D Dc 22 Normalerweise nicht,nur kurzfristigBergbauM1 Ma Ständig, lange Zeiträume,häufigM2 Mb GelegentlichKennzeichnung nach ATEX-Richtlinie 94/9/EGBeispiele für Kennzeichnung nach ATEX Richtlinie 94/9/EG und nach EN 60079-0Gas - ExNummer EG-Baumusterprüfbescheinigung/KonformitätsaussageU: Komponente,X: besondere EinbaubedingungenKennzeichnung… nach ATEX… nach NormEN 60079-0:2006… nach NormEN 60079-0:2009… nach NormEN 60079-0:2009AlternativeElektrischesBetriebsmittelZugehörigeselektrischesBetriebsmittelXIBExU 09 ATEX 1030 CE II 3 G Ex nA II T4 Ex nA IIC T4 Gc Ex nAc IIC T4XBVS 08 ATEX E 094 X CE 0344 II (1) G [Ex ia] IIC [Ex ia Ga] IIC [Ex ia] IICXKomponente KEMA 07 ATEX 0193 U 0344 II 2 G Ex e II Ex e IIC Gb Ex eb IICBeispiele für Kennzeichnung nach EN 61241-0 bzw. EN 60079-0Staub - ExNummer EG-Baumusterprüfbescheinigung/KonformitätsaussageU: Komponente,X: besondere EinbaubedingungenKennzeichnung… nach NormEN 61241:2006… nach NormEN 60079-0:2009… nach NormEN 60079-0:2009AlternativeElektrischesBetriebsmittelZugehörigeselektrischesBetriebsmittelPTB 00 ATEX 0000 X Ex tD A21 IP 65 T80°C Ex tb IIIC T80°C Db Ex tb IIIC T80°CTÜV 00 ATEX 0000 [Ex iaD] [Ex ia Da] IIIC [Ex ia] IIICIn Europa setzt sich die Kennzeichnung von Betriebsmitteln, Komponenten und Schutzsystemen aus der Richtlinien- und derNormenkennzeichnung zusammen.26 Phoenix CONTACTKennzeichnung von Ex-Produkten 1.4

➞➞➞➞➞Kennzeichnung nach IECExBeispiele für Kennzeichnung mit IECEx-Zertifikatsnummer und nach IEC 60079-0Gas - ExNummer desIECEx Certificate ofConformityU: KomponenteX: besondere EinbaubedingungenKennzeichnung…nach NormIEC 60079-0:2004…nach NormIEC 60079-0:2007…nach NormIEC 60079-0:2007AlternativeElektrischesBetriebsmittelIECEx IBE 09.0002X Ex nA II T4 Ex nA IIC T4 Gc Ex nAc IIC T4ZugehörigeselektrischesBetriebsmittelIECEx BVS 08.035X [Ex ia] IIC [Ex ia Ga] IIC [Ex ia] IICKomponente IECEx KEM 07.0057U Ex e II Ex e IIC Gb Ex eb IICBeispiele für Kennzeichnung nach IEC 61241-0 bzw. 60079-0Staub - ExNummer desIECEx Certificate ofConformityU: KomponenteX: besondere EinbaubedingungenKennzeichnung…nach NormIEC 61241-0:2005…nach NormIEC 60079-0:2007…nach NormIEC 60079-0:2007AlternativeElektrischesBetriebsmittelIECEx IBE 00.0000X Ex tD A21 IP 65 T80°C Ex t IIIC T80°C Db Ex tb IIIC T80°CZugehörigeselektrischesBetriebsmittelIECEx BVS 00.0000X [Ex iaD] [Ex ia Da] IIIC [Ex ia] IIICBeim IECEx-System ergibt sich die Kennzeichnung nur aus den Anforderungen der IEC-NormenKennzeichnung in den USAKennzeichnungsbeispiel für ein zugehöriges elektrisches BetriebsmittelEinstufung desBetriebsmittels➞ 1M68Zulassungsstellein USA: hier UL;c für Kanada;us für USA➞UListed CD-No: 12345678Controldrawing-No. (Kontrolldokument)Suitable for Class I, Div. 2, Groups A, B, Cand D installation;Kann in Div 2*eingesetzt werdenfür Class I: GaseA: AcetylenB: WasserstoffC: EthylenD: Propanproviding intrinsically safe circuits for use inClass I, Div. 1, Groups A, B, C and D;GaseClass II, Div. 1, Groups E, F and G; andClass III, Hazardous LocationsStäubeFaserngeeignet fürStromkreise in Div 1** nach NEC 5001.4 Kennzeichnung von Ex-Produkten Phoenix CONTACT 27

2 Errichtung von Anlagen inexplosions gefährdeten BereichenDie Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdetenBereichen erfordert ein besonderesMaß an Vorkehrungen.Der Arbeitgeber/Betreiber• teilt Bereiche, in denen explosionsfähigeAtmosphären vorhanden sein können, inZonen ein.• stellt sicher, dass die Mindestvorschriftenangewendet werden.• kennzeichnet die Zugänge zu explosionsgefährdetenBereichen.Bei der Auswahl der Betriebsmittel, Kabel/Leitungen und Konstruktion sind besondereAnforderungen zu beachten.Auszug aus RL 1999/92/EG:…(1) Artikel 137 des Vertrags sieht vor, dass der Rat durchRichtlinien Mindestvorschriften erlassen kann, die die Verbesserunginsbesondere der Arbeitsumwelt fördern, um dieSicherheit und die Gesundheit der Arbeitnehmer verstärktzu schützen.…(7) In der Richtlinie 94/9/EG des Europäischen Parlamentsund des Rates vom 23. März 1994 zur Angleichung derRechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte undSchutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung inexplosionsgefährdeten Bereichen (5) ist festgelegt, dasseine ergänzende Richtlinie nach Artikel 137 des Vertragsvorgesehen ist, die sich insbesondere mit der Gefahr durchExplosionen aufgrund der Verwendung und/oder der Artund Weise der Installation der Geräte befasst.…28 PHoENIx CoNTACTErrichtung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen 2

RisikoanalyseDer Betreiber einer Anlage hat einegenaue Beurteilung durchzuführen.Grundlage dafür sind z.B. die NormenEN 60079-10, EN 60079-14 undEN 1127-1 (siehe auch Normenübersichtauf Seite 12). Auf Grund dieser Beurteilungwerden die Zonen festgelegt unddie zulässigen Betriebsmittel ausgewählt.Jede Anlage ist auf ihre Besonderheitenhin zu untersuchen. Sollte es dennochzur Explosion kommen, ist bereits imVorfeld das mögliche Gefahrenszenariozu betrachten. Können z.B. Kettenreaktioneneintreten, wie sind die Gebäudeschädenund welche Auswirkung hat dieExplosion auf weitere Anlagenteile? Eskann sein, dass Wechselwirkungen mitbenachbarten Anlagen auftreten, die beider einzelnen Anlage alleine nicht vorkommenkönnen.Die Risikobeurteilung erfolgt in derRegel in einem Team, welches alle relevantenAspekte der Anlage abdeckt. ImZweifelsfall empfiehlt es sich, weitereExperten zu Rate zu ziehen. Die Risikobeurteilungist die Grundlage aller weiterenMaßnahmen bis hin zum Betrieb derAnlage.Im Explosionsschutzdokument sind dieseBeurteilungen festzuhalten.Der Leitfaden nach Artikel 11 der Richtlinie 1999/92/EG enthält folgendemethodische Vorgehensweisen (anlehnende Darstellung):Beurteilungsverlauf zur Erkennung und Verhinderung vonExplosionsgefahren:1Kann durch ausreichende Verteilung in Luft eine explosionsfähige Atmosphäreentstehen?2Ja3JaIst die Bildung einer sog. „gefährlichen explosionsfähigen Atmosphäre“4möglich?JaWeitere Maßnahmen erforderlich!5Ist die Bildung von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären zuverlässigverhindert?6Nein Weitere Maßnahmen erforderlich!78Ist die Entzündung von gefährlichen explosionsfähigen Atmosphären9zuverlässig vermieden?Nein Weitere Maßnahmen erforderlich!10Sind brennbare Stoffe vorhanden?Wo kann explosionsfähige Atmosphäre auftreten?Verhinderung von Bildung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphären.(Primärer Explosionsschutz)In welche Zonen lassen sich die Bereiche mit gefährlichen explosionsfähigenAtmosphären einteilen?Vermeiden von wirksamen Zündquellen in Bereichen mit gefährlichenexplosionsfähigen Atmosphären. (Sekundärer Explosionsschutz)Begrenzung der Auswirkungen einer Explosion durch konstruktive undorganisatorische Maßnahmen. (Tertiärer Explosionsschutz)NeinNeinNeinJaJaKeine Explosionsschutzmaßnahmenerforderlich.Keine Explosionsschutzmaßnahmenerforderlich.Keine Explosionsschutzmaßnahmenerforderlich.Keine weiteren Explosionsschutzmaßnahmenerforderlich.Keine weiteren Explosionsschutzmaßnahmenerforderlich.ExplosionsschutzdokumentDie Dokumentation ist wesentlich fürden sicheren Betrieb der Anlage imexplosionsgefährdeten Bereich. Sie wirdvor dem Errichten erstellt und ist immerauf dem aktuellen Stand zu halten. BeiVeränderungen an der Anlage müssenalle beschriebenen Einflussgrößenberücksichtigt werden.Beispiel für Aufbau der DokumentationVerantwortlicher für das objekt Namentlich benanntBeschreibung der baulichen und geografischenGegebenheitenLageplan, Gebäudeplan, Be- /EntlüftungVerfahrensbeschreibungBeschreibung der Anlage bezogenauf ExplosionsschutzStoffdatenAuflistung der Daten mit explosionsrelevantenKennwertenRisikobeurteilungsiehe obenstehenden LeitfadenSchutzkonzepteZoneneinteilung, angewendete Zündschutzartenorganisatorische MaßnahmenUnterweisung, schriftlicheAn weisungen, Arbeitsfreigaben2 Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen PHoENIx CoNTACT 29

2.1 Installation eigensichererStromkreiseAuslegung von eigensicheren StromkreisenInstallation in ZündschutzartEigensicherheitDer gesamte eigensichere Stromkreismuss gegen das Eindringen von Energieaus anderen Quellen, elektrischen odermagnetischen Feldern geschützt sein.Verantwortlich für den Nachweis derEigensicherheit ist der Errichter oderBetreiber, nicht der Hersteller.Einfache eigensichere StromkreiseEinfache eigensichere Stromkreise enthaltennur eine Energiequelle. Zur Planungund Installation empfiehlt es sich,die Betriebsanleitungen und dieEG-Baumusterprüfbescheinigung (bzw.die Zertifikate) der eingesetztenBetriebsmittel bereitzuhalten. Diesenwerden die notwendigen Parameter entnommen.Im ersten Schritt werden dieKriterien entsprechend der folgendenTabelle geprüft.Überprüfung des Einsatzes im explosionsgefährdeten BereichKriterienElektrischeBetriebsmittelZugehörige elektrischeBetriebsmittelGerätegruppe, EinsatzbereichII, G, DII, G, DKategorie 1, 2, 3 (1), (2), (3)Gruppe IIA, IIB, IIC IIA, IIB, IICZone 0, 1, 2 0, 1, 2Zündschutzart Ex ia, Ex ib [Ex ia], [Ex ib]Temperaturklasse T1…T6 --Als nächster Schritt werden die elektrischenDaten des eigensicheren Stromkreises(Spannung, Strom, Leistung,Kapazität und Induktivität) gemäß derfolgenden Abbildung überprüft.Im eigensicheren Stromkreis sind alleauftretenden Kapazitäten und Induktivitätenzu berücksichtigen und mit derKapazität Co und Induktivität Lo deszugehörigen Betriebsmittels zu vergleichen.In der Praxis ist besondersauf die Kapazität zu achten, da durchdiese Kabel oder Leitungen in der Längeerheblich eingeschränkt werden. AlsRichtwerte können die Kapazität Cc mitca. 140…200 nF/km und die InduktivitätLc mit ca. 0,8…1 mH/km angenommenwerden. Im Zweifel ist immer vom worstcase auszugehen.Dimensionierung eigensicherer Stromkreise mit einem zugehörigen BetriebsmittelExplosionsgefährdeterBereichSicherer BereichSPS4…20mAGebräuchliche Bezeichnungen Europa USAfür Feldgerät:max. Eingangsspannungmax. Eingangsleistungmax. innere Kapazitätmax. innere Induktivitätfür zugehörige Betriebsmittelmax. Ausgangsspannungmax. Ausgangsleistungmax. äußere Kapazitätmax. äußere Induktivitätfür Kabel/Leitung:Kabel-/LeitungskapazitätKabel-/LeitungsinduktivitätUiIiCiLiUoIoCoLoCcLcVmaxImaxCiLiVocIscCaLaCcableLcable30 Phoenix CONTACTInstallation eigensicherer Stromkreise 2.1

Eigensichere Stromkreise mit mehrals einer EnergiequelleDie beschriebene Dimensionierung eineseigensicheren Stromkreises ist aber nurdann zulässig, wenn maximal ein konzentrierterEnergiespeicher Ci oder Li imStromkreis vorhanden ist.Beim Auftreten von mehreren konzentriertenEnergiespeicher Ci und Li istdie maximal zulässige Kapazität Co undInduktivität Lo vor dem Vergleich mit Ci+ Cc und Li + Lc zu halbieren. Ci bzw. Lisind als konzentrierter Energiespeicherzu sehen, wenn ihr jeweilige Wert 1%der maximal zulässigen äußeren KapazitätCo bzw. Induktivität Lo überschreitet.Die Kabel-/Leitungskapazität Cc bzw.die Kabel-/Leitungsinduktivität Lc geltennicht als konzentrierte Kapazitäten bzw.konzentrierte Induktivitäten.Für den Einsatz in Zone 0 ist dieZu sammenschaltung von mehreren zugehörigenelektrischen Betriebsmittelnnicht zulässig.Besteht der eigensichere Stromkreisenfür Anwendungen in Zone 1 undZone 2 aus mehr als einem zugehörigenBetriebsmittel, muss durch theoretischeBerechnungen oder Prüfungen mitdem Funkenprüfgerät (entsprechendEN 60079-11) ein Nachweis erfolgen.Dabei ist zu beachten, ob eine Stromadditionvorliegt. Daher wird die Beurteilungdurch einen Sachverständigenempfohlen.Für die Zusammenschaltung mehrerereigensicherer Stromkreise mit linearenStrom-Spannungskennlinien werdenim Anhang A und B der EN 60079-14Beispiele aufgeführt. Bei der Zusammenschaltungzugehöriger Betriebsmittelmit nichtlinearen Kennlinien führt dieBewertung an Hand der Leerlaufspannungund des Kurzschlussstroms nichtzum Ergebnis. Die Berechnungen kannaber auf Grundlage des PTB-BerichtsPTB-ThEx-10 „Zusammenschaltungnichtlinearer und linearer eigensichererStromkreise“ durchgeführt werden. Dieserist in die EN 60079-25 (EigensichereSysteme) einbezogen worden. Hier werdengrafische Methoden zur Beurteilungder Eigensicherheit bis in die Zone 1beschrieben.Erdung in eigensicherenStromkreisenBei der Erdung eigensicherer Stromkreisekann es zu Potentialdifferenzen kommen.Diese müssen in der Betrachtungder Stromkreise berücksichtigt werden.Eigensichere Stromkreise dürfen gegenErde isoliert sein. Die Gefahr der elektrostatischenAufladung ist zu beachten.Die Verbindung über einen WiderstandR = 0,2…1 MΩ zur Ableitung elektrostatischerAufladung gilt nicht als Erdverbindung.Ein eigensicherer Stromkreis darf an dasPotentialausgleichssystem angeschlossensein, wenn dies nur an einer Stelleinnerhalb eines eigensicheren Stromkreisesgeschieht. Wenn ein eigensichererStromkreis aus mehreren galvanischgetrennten Teilstromkreisen besteht,kann jeder Teil einmal mit Erde verbundenwerden.Ist eine funktionsbedingte Erdung füreinen in Zone 0 befindlichen Sensor/Aktor notwendig, so ist diese unmittelbaraußerhalb der Zone 0 zu realisieren.Anlagen mit Zener-Barrieren müssen andiesen geerdet sein. Gegebenenfalls istsogar ein mechanischer Schutz gegenBeschädigung vorzusehen. Diese Stromkreisedürfen nicht an einer weiterenStelle geerdet werden.Alle elektrischen Betriebsmittel, die dieSpannungsprüfung mit mindestens 500 Vgegen Erde nicht bestehen, gelten alsgeerdet.Bei der galvanischen Trennung vonVersorgungs- und Signalstromkreisenmüssen die Fehler und/oder transienteStröme in Potentialausgleichsleitungenberücksichtigt werden.Wartung und InstandhaltungEine Wartung der eigensicheren Stromkreiseist ohne besondere Genehmigung(z.B.: Feuerschein) möglich. Die Leitungender eigensicheren Stromkreisekönnen kurzgeschlossen oder unterbrochenwerden, ohne die Zündschutzartzu gefährden. Es dürfen eigensichereBetriebsmittel ausgebaut (bzw. Steckmodulegezogen) werden, ohne dass dieAnlage spannungsfrei geschaltet werdenmuss. In eigensicheren Stromkreisentreten üblicherweise keine berührgefährlichenStröme und Spannungen auf, sodass sie für Personen sicher sind. DasMessen von eigensicheren Stromkreisenerfordert zugelassene eigensichereMessgeräte. Werden die Daten dieserMessgeräte nicht berücksichtigt, kannzusätzliche Energie in den eigensicherenStromkreis gelangen. Die zulässigenHöchstwerte werden ggf. überschrittenund die Anforderungen an die Eigensicherheitnicht mehr erfüllt. Gleiches giltfür alle Prüfgeräte, die eingesetzt werdensollen.Zulässige Leiterquerschnitte für ErdverbindungAnzahl der Leiter Leiterquerschnitt* Bedingungmind. 2 getrennte Leiter min. 1,5 mm 2 jeder einzelne Leiterkann den größtmöglichenStrom führenein Leiter min. 4 mm 2* Leiter aus Kupfer2.1 Installation eigensicherer Stromkreise Phoenix CONTACT 31

Bei der Installation von Kabeln/Leitungensollen diese gegen mechanische Beschädigungen,Korrosion, chemische undthermische Einwirkungen geschützt sein.In der Zündschutzart Eigensicherheit istdies verbindlich gefordert.In Schächten, Kanälen, Rohren und Gräbenmuss das Ansammeln von explosionsfähigerAtmosphäre verhindert werden.Ebenso dürfen sich brennbare Gase,Dämpfe, Flüssigkeiten oder Stäube nichtdarüber ausbreiten können.Innerhalb des explosionsgefährdetenBereichs sollen Kabel/Leitungen möglichstunterbrechungsfrei geführt werden.Ist dies nicht realisierbar, so dürfen dieKabel/Leitungen nur in einem Gehäuse,das in einer für die Zone zugelassenenSchutzart ausgeführt ist, verbunden werden.Muss aus Gründen der Installationdavon abgewichen werden, so sind dieBedingungen aus der Norm EN 60 079-14 einzuhalten.Bei eigensicheren Stromkreisen, auchaußerhalb des explosionsgefährdetenBereichs, gilt ferner:• Schutz gegen das Eindringen äußererEnergie.• Schutz gegen äußere elektrische odermagnetische Felder. Mögliche Ursache:Hochspannungsfreileitung oder einphasigeHochspannungsleitungen.• Aderleitungen von eigensicheren undnichteigensicheren Stromkreisen dürfennicht in derselben Leitung geführtwerden.ortsveränderliche,transpor tableBetriebsmittelflexible Kabelund LeitungenAußenmantelKabel/Leitungen für die Zone 1 und 2Kabel/Leitung Anforderungortsfeste BetriebsmittelMantel Thermoplast, Duroplast, Elastomer odermetallisoliert mit MetallmantelMindestquerschnittsflächeAusführung• In mehradrigen Kabeln oder Leitungendürfen mehrere eigensichere Stromkreisegeführt werden.• Bei bewehrten, metallummanteltenoder geschirmten Kabeln/Leitungenkönnen eigensichere und nichteigensichereStromkreise in ein und demselbenKabelkanal verlegt werden.Im Schaltschrank sollen die eigensicherenStromkreise eindeutig gekennzeichnetsein. Die Norm schreibt kein einheitlichesVerfahren vor, weist lediglich daraufhin, dass die Kennzeichnung bevorzugtdurch eine hellblaue Farbe erfolgen soll.Meist werden die Neutralleiter vonSchwerem Polychloropren, synthetischemElastomer, schwere Gummischlauchleitungoder vergleichbarer robuster Aufbau1,0 mm 2• leichte Gummischlauchleitung ohne/mitPolychloroprenummantelung• schwere Gummischlauchleitung ohne/mitPolychloroprenummantelung• kunststoffisolierte Leitung, vergleichbarschwere GummischlauchleitungEnergiekabeln auch mit blauer Farbegekennzeichnet. Dann sollte eine andereKennzeichnung von eigensicheren Stromkreisenverwendet werden, um eine Verwechslungauszuschließen. Von Vorteil istdie übersichtliche Anordnung und räumlicheTrennung im Schaltschrank.Die Erdung leitender Schirme darf nuran einer Stelle erfolgen, die sich üblicherweiseim nichtexplosionsgefährdetenBereich befindet. Siehe hierzu auchden Abschnitt „Erdung in eigensicherenStromkreisen“ (Seite 31) und die TabelleSeite 33.Auswahlkriterien für Kabel/Leitungen bei ZündschutzartEigensicherheitKriterium Bedingung AnmerkungisolierteKabel/LeitungenDurchmessereinzelner LeiterfeindrahtigeLeitungenmehradrige Kabel/LeitungenKenndatenPrüfspannung≥ 0,1mmgegen Aufspleißenschützenzulässig(Cc und Lc)oder (Cc und Lc/Rc)≥ 500 V AC≥ 750 V DCLeiter-Erde, Leiter-Schirmund Schirm-Erdeauch bei feindrahtigenLeiternz.B. durch AderendhülsenBedingungen der Fehlerbetrachtungberücksichtigenaus EN 60079-14im Zweifel: worst-caseAbstandzwischennicht-Ex iund Ex iEigensichereStromkreiseHellblauesKabel inEx-ZoneStromkreisezur SPS imsicherenBereich32 PHoENIx CoNTACTInstallation eigensicherer Stromkreise 2.1

Sonderfälle zur Erdung leitender Schirme in eigensicheren StromkreisenaGrundSchirm hat hohen Widerstand, zusätzlicheAbschirmung gegen induktiveStöreinflüsseBedingungenRobuster Erdleiter (min. 4 mm 2 ), isolierter Erdleiter und Schirm:Isolationsprüfung 500 V, beide an einem Punkt geerdet, Erdleiter erfüllt dieAnforderungen der Eigensicherheit und wird beim Nachweis berücksichtigtbPotentialausgleich zwischen beidenEndenEs ist im höchsten Maß sichergestellt, dass ein Potentialausgleich über dengesamten Bereich besteht, in dem der eigensichere Stromkreis installiert ist.cMehrfacherdung über kleine KondensatorenGesamtkapazität nicht über 10 nFAbstände an AnschlussklemmenZwischen verschiedenen eigensicherenStromkreisenDie Luftstrecken zwischen Klemmenverschiedener eigensicherer Stromkreisemüssen mindestens 6 mm betragen. DieLuftstrecken zwischen den leitenden Teilender Anschlussklemmen und leitendenTeilen, die geerdet sein können, mussmindestens 3 mm betragen. EigensichereStromkreise müssen deutlich gekennzeichnetsein.Zwischen eigensicheren undanderen StromkreisenDer Abstand an Reihenklemmen zwischenden leitenden Teilen von eigensicherenStromkreisen und den leitendenTeilen von nicht eigensicheren Stromkreisenmuss mindestens 50 mm betragen.Der Abstand kann auch durch eineTrennplatte aus Isolierstoff oder durcheine geerdete Metallplatte hergestelltwerden.Kabel/Leiter von eigensicheren Stromkreisendürfen selbst dann, wenn sie sichan der Reihenklemme lösen sollten, nichtmit einem nicht-eigensicheren Stromkreisin Kontakt kommen. Bei der Installationsind die Kabel/Leiter entsprechendeinzukürzen.Abstände nach EN 60079,Abschnitt 6.2.1 bzw. Bild 1.Spezielle Anforderungen inZone 0, EuropaDie Norm EN 60079-26 „SpezielleAnforderungen an Konstruktion, Prüfungund Kennzeichnung elektrischerBetriebsmittel für Gerätegruppe II, Kategorie1G“ ergänzt die EN 60079-Reihe.Hier werden weitere Anforderungenbeschrieben, um Betriebsmittel auch inanderen Zündschutzarten als Eigensicherheitin der Zone 0 einzusetzen.2.1 Installation eigensicherer Stromkreise Phoenix CONTACT 33

2.2 Überspannungsschutz im Ex-BereichÜberspannungsschutz eigensicherer StromkreiseIN12BrückeGDT 2 GDT 1ÜberspannungsschutzgerätPLUGTRAB PT2xEX(I)Überspannungen, meist verursacht durchSchalthandlungen, Sicherungsauslösungen,Frequenzumformern oder Blitzeinwirkungen,sind ein wichtiges Thema,wenn es um den Funktionserhalt und dieVerfügbarkeit von elektrischen Anlagengeht.Bei diesen Störgrößen handelt es sichum zeitlich schnell veränderliche Störimpulse(Transienten), die in wenigen MikrosekundenAmplituden von mehrerenKilovolt erreichen.Kommt es zu Überspannung entstehengefährliche Potenzialdifferenzen, die u.a.Fehlsteuerungen, kurzzeitige Funktionsunterbrechungenoder im ungünstigstenFall auch Zerstörungen zur Folgehaben. Nur der konsequente Einsatzvon Überspannungsschutzableitern (kurzSPD, Surge Protective Device) an denzu schützenden Geräten, sorgt für eineBegrenzung der hervorgerufenen Potenzialdifferenzenauf ungefährliche Werte.SPDs in Ex-Zonen müssen zur Vermeidunggefährlicher Potenzialdifferenzenaufgrund von Überspannungen denAnforderungen der DIN EN 60079-14genügen. Hierin ist gefordert, dassmindestens 10 Impulse der Impulsform8/20 µs mit einem Mindestableitstoßstromvon 10 kA sicher beherrschtwerden müssen, wenn gefährliche Potenzialdifferenzenin die Ex-Zone 0 eingekoppeltwerden können.Diese Anforderung wird durch die Nutzungvon Gasentladungsableitern (GDT)erreicht (Abbildung: Schutzbeschaltungdes SPD SP-PT-Ex(I)-24DC). Die geforderteIsolationsfestigkeit von 500 Vgegen Erde nach DIN EN 60079-11 wirddurch den speziell bemessenen GDT 2erreicht.Betriebsmittel besitzen meist eine Isolationsfestigkeitvon 1,5 kV gegen Erde, dieSpannungsfestigkeit zwischen den Adernbeträgt oft nur ein paar hundert Voltoder weniger. Während zur Aufrechterhaltungder Isolationsfestigkeit beiTransienten ein GDT ausreicht, müssenzusätzliche Suppressordioden für dieSpannungsfestigkeit zwischen den AdernUGΔUUSEntkopplungswiderstandSuppressordiodeOUTÜSG SURGETRAB(Durchgangs- oderParallelverdrahtungS-PT-EX(I)-24DCS-PT-EX-24DC(Kennzeichnungnach ATEX)sorgen. Diese Halbleiterbauelementezeichnen sich durch ein sehr schnellesAnsprechen bei Transienten und einerengen Spannungsbegrenzung aus – ihrAbleitvermögen beträgt aber nur einpaar hundert Ampere. Mehrstufig aufgebauteSPDs, wie der SURGETRABsind daher zu empfehlen. Im Falle einerTransiente begrenzt die Suppressordiodeso lange, bis die Summe aus Restspannungder Suppressordiode US und demSpannungsabfall an den Entkopplungswiderständen∆U, der Ansprechspannungdes GDT 1 UG entspricht (KirchhoffscheRegel). Während also die Supressordiodezwischen den Adern für ein schnellesAnsprechen bei gleichzeitig niedrigenSchutzpegel sorgt, wird mit dem GDTein hohes Ableitvermögen von 10 kAerreicht.In der Praxis ist es vorteilhaft noch amEinbauort entscheiden zu können, obder Schirm direkt oder indirekt übereinen GDT mit der Erde kontaktiertwerden soll. Dieses kann, wie im Fall desSURGETRAB durch das Heraustrenneneiner vorinstallierten Brücke am GDT 3erfolgen (vgl. Schaltbild).SchirmGDT = GasentladungsableiterSchutzbeschaltung des SPD S-PT-EX(I)-24DC34 PHoENIx CoNTACTÜberspannungsschutz im Ex-Bereich 2.2

0 500 50100100Beispiel HochtanklagerEine Füllstandsmessung an einem Tankist oftmals über lange Leitungswege vonz.B. 100 m mit der Messwarte verbunden.Im Inneren des Tanks liegt aufgrund derdauerhaft vorhandenen explosionsfähigenAtmosphäre die Ex-Zone 0 vor. DieMesswerte werden aufgrund der Unempfindlichkeitgegen äußere Einkopplungenals Stromsignal (4-20 mA) an die Messwarteübertragen. Um die unzulässighohen Potentialdifferenzen der Erdungsanlagezu vermeiden, wird zunächst einPotentialausgleich zwischen Messwarteund den Hochtanks errichtet.Für das hier gezeigte Fallbeispiel wirdein Blitzeinschlag von 30 kA mit einem10/350 µs Impuls* angenommen. Währendeine Hälfte des Stromes über dieErde abfließt gelangt die Andere unmittelbarin die Anlage. Somit wird angenommen,dass 15 kA über die Potentialausgleichsleitungzur Messwarte hinfließen. Bei einem Kupferquerschnitt derPotentialausgleichsleitung von 95 mm 2ergibt sich die nachfolgende Berechnungfür den ohmschen Spannungsfall zwischenMesswarte und Hochtank:Û R = î BI• R CU mit R CU = ∂ • und2 A∂ =17,3mΩ • mm2mÛ R = 30 kA mΩ • mm2• 17,3 • 100 m2 m 95 mm 2Û R = 273 VUi = 30 VIi = 200 mAPi = 1 WCi1 = 0 nFLi1 = 20 nHCi = 30VIi = 200 mAPi = 1 WCi1 = 0 nFLi1 = 20 nH%%OUTR CUR CUINLL100 m/ // // /100 m/ /S-PT-EX-24 DCCi2 = 1,65 nFLi2 = 1 μHUi = 36 VIi = 350 mAPi = 3 W/ /CLeitung = 20 nFLLeitung = 100 μFFüllstandsmessung: Schutz durch SURGETRAB S-PT-EX-24DC in Parallelverdrahtung undPLUGTRAB PT 2xEX(I)-24DCDie Kombination aus Potentialausgleichsleitungenund der normativen gefordertenIsolationsfestigkeit von 500 V scheintauf den ersten Blick einen ausreichendenSchutz vor Blitzteilströmen in eigensicherenSystemen zu bieten.Die Leitung besitzt neben einemWiderstandsbelag jedoch auch einenInduktivitätsbelag L‘. Für einen rundenKupferleiter wird in der Praxis ein querschnittsunabhängigerInduktivitätsbelagvon L’ ≈ 1 µH/m angenommen. Fließt derzuvor definierte Blitzstrom in Höhe von15 kA der Impulsform 10/350 µs entlangdes Potentialausgleichleiters in RichtungMesswarte wird nach dem Induktionsgesetzein induktiver Spannungsfall in Höhevon 150 kV generiert:U L (t) = - L • di B(Teil)dtÛ L (t) ≈ - L‘• I •Δi B(Teil)ΔtÛ L ≈ -1 μH • 100 m •mÛ L ≈ -150 kVS-PT-EX(I)-24 DCCi2 = 2 nFLi2 = 1 μHUi = 30 VIi = 350 mAPi = 3 WNachweis der Eigensicherheit1. Uo ≤ Ui Io ≤ Ii Po ≤ Pi2. Ci1 + Ci2 + CLeitung + Ci3 ≤ Co3. Li1 + Li2 + LLeitung + Li3 ≤ Lo15 kA10 μsCLeitung = 20 nFLLeitung = 100 μFNachweis der Eigensicherheit1. Uo + Ui Io ≤ Ii Co ≤ Ci2. Ci1 + Ci2 + CLeitung + Ci3 ≤ Co3. Lo1 + Li2 + LLeitung + Li3 ≤ LoFüllstandsmessung: Schutz durch SURGETRAB S-PT-EX(I)-24DC in Durchgangsverdrahtung undPLUGTRAB PT-2xEX(I)-24DCEigensichere Stromkreise, die zwischenHochtank und Messwarte verlaufen,werden somit zerstört. Nur durch denkonsequenten Einsatz von Überspannungsschutzgerätenkann dieser Effektvermieden werden.Der Installationsort eines SPD sollte sichdabei so nah wie praktisch möglich ander Einführung in die Zone 0 befinden.Der Abstand von 1 m sollte nicht überschrittenwerden./ /ININOUTOUTIN4…20 mAPT 2x EX(I)-24DCCi3 = 1,3 nFLi3 = 1 μHUi = 30 VIi = 325 mAPi = 3 WIN4…20 mAPT 2x EX(I)-24DCCi3 = 1,3 nFLi3 = 1 μHUi = 30 VIi = 325 mAPi = 3 WOUTMACX Analog ExRPSSI/IUo = 28 VIo = 93 mAPo = 650 mWCo = 83 nFLo = 4,3 mHOUTSPSSPSMACX MCR-EX-SL-RPSSI-I-UPUo = 28VIo = 93 mAPo = 650 mWCo = 83 nFLo = 4,3 mHDie Leitungen zwischen dem Messwertaufnehmerund dem SPD müssen soausgeführt sein, dass sie gegen direkteBlitzbeeinflussung geschützt sind. EineLeitungsverlegung in einem Metall-Installationsrohrist hier eine Möglichkeit.Für den Überspannungsschutz von Sensorköpfensind SPDs wie der SURGE-TRAB empfehlenswert, welche speziellfür diese Anwendung entwickelt wurden.Sie werden direkt in den Leitungszugeingebunden und in den zu schützendenSensorkopf eingeschraubt.* 10/350 µs = Impuls-Anstiegszeit 10 µs, Rückhalbwertszeit350 µs2.2 Überspannungsschutz im Ex-Bereich PHoENIx CoNTACT 35

2.3 VerbindungstechnikReihenklemmenReihenklemmen bei ErhöhterSicherheit Ex eReihenklemmen müssen den Anforderungenfür den Anschluss äußerer Leiterentsprechen.Die Grundlage für die Prüfung bildendie Normen für die Erhöhte SicherheitEN 60079-7.Neben den Typprüfungen der Produktnormlassen sich die zusätzlichen Anforderungenfür die erhöhte Sicherheit wiefolgt zusammenfassen:• ausreichend große Luft- und Kriechstreckentemperatur- und alterungsbeständigeIsolierstoffe• Schutz vor Ausweichen des Leiterswährend des Anschlusses• gegen Selbstlockern gesichert• Anschluss frei von Leiterbeschädigungen• dauerhaft ausreichender Kontaktdruck• Kontaktsicherheit bei wechselndenTemperaturen• keine Kontaktdruckübertragung überIsolierstoff• Mehrleiteranschluss nur bei geeignetenKlemmstellen• elastisches Zwischenglied bei mehrdrähtigenLeitern ab 4 mm²• festgelegtes Drehmoment bei SchraubanschlussklemmenDie technischen Daten für Reihenklemmenim Ex-Bereich werden durch dieBaumusterprüfung festgelegt und in derBescheinigung dokumentiert. Die grundlegendenDaten für die Anwendung vonReihenklemmen und Zubehör sind:• Bemessungsisolationsspannung,• Bemessungsspannung,• anschließbare Leiterquerschnitte,• Einsatztemperaturbereich,• Temperaturklasse.Reihenklemmen werden als bescheinigteKomponenten im explosionsgefährdetenBereich eingesetzt. Sie findenAnwendung in Anschlussräumen von Ex-Betriebsmitteln.Damit ist der Einsatz in Zone 1 und 2bei Gasen bzw. 21 und 22 bei Stäubenerlaubt. Die Anforderungen für den IP-Schutz werden entsprechend der jeweiligenZündschutzart durch den Anschlussraumerfüllt.Die Bescheinigung von Komponentendient als Grundlage zur Zertifizierungeines Gerätes oder Schutzsystems.Durch die Bescheinigungsnummer(Zusatz „U“ nach europäischer Norm)bzw. dem Zulassungszeichen (z.B. UL:Recognition Mark• ) wird die Reihenklemmeals Komponente ausgewiesen.Für Reihenklemmen der ZündschutzartErhöhte Sicherheit Ex e besteht eineKennzeichnungspflicht.Am Beispiel der Type QTC 2,5 werdendie Elemente der Kennzeichnungbeschrieben.36 Phoenix CONTACTVerbindungstechnik 2.3

TypenschildVerpackungsetikettKennzeichnungsanforderung nach EN/IEC 60079-0 für ATEx und IECExName oder Warenzeichen desHerstellers oderTypenbezeichnung QTC 2,5Kennzeichnung der ZündschutzartEG-Baumusterprüfbescheinigungs nummernach ATExZertifikatsnummer nach IECExKennzeichnungsanforderung lt. ATEx-Richtlinie 94/9/EG, Anhang IIName und Anschrift des HerstellersEx e IIKEMA 05 ATEx 2148 UIECEx KEM 07.0010 UD-32825 BlombergTypenbezeichnung QTC 2,5Herstellungsdatum13.09.2010 (Beispiel)Kenn-Nr. der benannten Stelle (KEMA) 0344Baumustergeprüft nach ATEx-Richtlinie 94/9/EGKategorie 2XGerätegruppeKennbuchstabe für den GasexplosionsschutzKennbuchstabe für den Staub explosionsschutzIIGDWichtige Hinweise:Reihenklemmen sind für den Einsatz inder Temperaturklasse T6 vorgesehen.Angaben zu anderen Temperaturklassensowie dem Einsatztemperaturbereichenthält die EG-Baumusterprüfbescheinigungund die Installationsanweisung.Für die Anwendung der Klemmen ist dieInstallationsanweisung auch bezüglich derVerwendung von Zubehör zu beachten!Reihenklemme in Ex eReihenklemme im Ex e-Gehäuse2.3 Verbindungstechnik PHoENIx CoNTACT 37

2.4 GehäuseeinführungenKabel-/Leitungseinführung und Conduit SystemWeltweit finden zwei InstallationstechnikenAnwendung.In Europa sind Kabel-/Leitungseinführungenin den Zündschutzarten DruckfesteKapselung oder Erhöhte Sicherheit amweitesten verbreitet. In den USA undKanada wird traditionell das Rohrleitungssystem(Conduit System) eingesetzt.Kabel-/LeitungseinführungDie Kabel-/Leitungseinführungen sindam häufigsten in den Zündschutzartendruckfeste Kapselung Ex d oder ErhöhterSicherheit Ex e ausgeführt.Druckfest gekapselte Kabel-/Leitungsführungensind zünddurchschlagsicherund werden in Verbindung mit druckfestgekapselten Gehäusen verwendet.Kabel-/Leitungsführungen in ErhöhterSicherheit werden in Verbindung mitGehäusen in der Zündschutzart ErhöhteSicherheit verwendet. Bei der Auswahlder Kabel-/Leitungsführung sind dieAnforderungen an den IP-Schutz desGehäuses zu berücksichtigen.Conduit SystemIn den USA wird insbesondere Wert aufhohen mechanischen Schutz der Kabel/Leitungen gelegt. Daher hat sich hier einRohrleitungssystem (conduit: englischIsolierrohr für Leitungsdrähte) stark verbreitet.Vergleich Kabel-/Leitungseinführungmit Conduit SystemDie Installation von Conduit Systemenist im Vergleich zu der Montage vonKabel/Leitungen bzw. Kabel-Leitungseinführungenaufwändiger.Bei der Installation von Conduit Systemenist darauf zu achten, dass dieZündsperre ordentlich vergossen ist, daansonsten der Schutz nicht gewährleistetwird. Hierbei ist unter anderem die Positionder Öffnung für die Vergussmasseentscheidend. Zudem kann sich in demRohrleitungssystem sehr leicht Kondenswasserbilden, das Erdschlüsse undKurzschlüsse als Folge von Korrosionverursachen kann.Die Kabel-/Leitungseinführung hingegenist so aufgebaut, dass die Montage unabhängigvon dem jeweiligen Monteur ist.Leitungen (Einzeladern)VergussmasseMineralfaserwolle (asbestfrei)Leitungschutzrohr (Ex d)Kabelsystem mit indirekter EinführungKabelsystem mit direkter EinführungConduit System (Rohrleitungssystem)mit Zündsperre (seal)2.4 Gehäuseeinführungen PHoENIx CoNTACT 39

2.5 InstallationsbeispieleInstallation von elektrischen Geräten zur SignalübertragungIn Anlagen mit explosionsgefährdetenBereichen ergeben sich für elektrischeBetriebsmittel je nach Anwendungunterschiedliche Einsatzanforderungen.Es können sich z.B. bei analoger Signalübertragungfolgende Einsatzbereiche fürelektrische Betriebsmittel ergeben:• Sensoren/Aktoren können sich inZone 0, Zone 1 oder Zone 2 befinden• Signalübertrager können sich in derZone 1, Zone 2 oder im sicherenBereich befinden.• Steuerung, z.B. SPS, im sicherenBereichBeispiele für die Installation von elektrischenGeräten zur Signalübertragungsind in der Abbildung auf Seite 41 zusehen.Eigensichere Signalübertragung imexplosionsgefährdeten BereichFür die Installation von Sensoren/Aktorenin der Zone 0 werden diese vorwiegendin der Zündschutzart EigensicherheitEx ia ausgeführt. Die eigensicherenSensoren/Aktoren werden an zugehörigeBetriebsmittel in der ZündschutzartEigensicherheit [Ex ia] wie z.B. MACXMCR-Ex Trenner angeschlossen. In derEG-Baumusterprüfbescheinigung desEx i-Trenners sind die für die Auslegungdes eigensicheren Stromkreises erforderlichensicherheitstechnischen Datenangegeben. Die MACX MCR-Ex Trennersorgen zusätzlich für eine galvanischeTrennung des Stromkreises zu einerSteuerung vom Sensor-/Aktorstromkreis.Sind Ex i-Trenner nur in der Zündschutzart[Ex ia] ausgelegt, dürfen sienur außerhalb des explosionsgefährdetenBereiches installiert werden. Wenneine Installation der Ex i-Trenner imexplosionsgefährdeten Bereich erforderlichist, sind sie geschützt durch eineweitere Zündschutzart wie z.B. DruckfesteKapselung zu installieren. Wirdein Ex i-Trenner in einem druckfestgekapselten Gehäuse montiert, ist dieInstallation auch in der Zone 1 möglich.Ex i-Trenner können aber auch zusätzlichzur Eigensicherheit [Ex ia] in einer weiterenZündschutzart ausgelegt sein, z.B.in der Zündschutzart „n“. Dann dürfensie unter Berücksichtigung besondererBedingungen auch direkt in der Zone 2installiert werden.Die Bedingungen für die Installation sindin der Betriebsanleitung der Ex i-Trenneraufgeführt und können z.B. die Verwendungeines geeigneten und zugelassenenGehäuses (EN 60079-15 und EN 60079-0) mit mind. Schutzklasse IP54 enthalten.Besondere Bedingungen für die Installationin ein Gehäuse sind aber meistensnur dann erforderlich, wenn das Gehäusedes Ex i-Trenners die Anforderungender EN 60079-15 und EN 60079-0 selbstnicht erfüllt.Die Ex i-Trenner können auch für Sensoren/Aktoren,die in der ZündschutzartEx ib bzw. Ex ic ausgelegt und für dieZone 1 bzw. 2 zugelassen sind, eingesetztwerden.Nichteigensichere Signalübertragungim explosionsgefährdetenBereichNeben der eigensicheren Signalübertragungim explosionsgefährdeten Bereichgibt es auch Sensoren/Aktoren, die inanderen Zündschutzarten ausgelegt sind,z.B. in Druckfester Kapselung oder inder Zündschutzart „n“. Hierfür ist dieVerwendung von nichteigensicherenTrennern z.B. MINI-Analog zulässig.Auch nichteigensichere Trenner müssenbeim Einsatz in der Zone 2 in einergeeigneten Zündschutzart ausgelegt sein.Die MINI-Analog Familie ist hierzu in derZündschutzart „n“ ausgelegt und mussin der Zone 2 in ein geeignetes undzugelassenes Gehäuse (EN 60079-15 undEN 60079-0) mit mind. Schutzklasse IP54installiert werden.Ein Sensor/Aktor der Zündschutzart „n“kann in der Zone 2 z.B. mit einem MINI-Trenner oder mit einem Ex i-Trennerverbunden werden. Wird er mit einemEx i-Trenner verbunden, kommt dasSchutzprinzip der Eigensicherheit nichtmehr zum Tragen. Der Ex i-Trenner istals nichteigensicherer Trenner zu kennzeichnen,um sicherzustellen, dass ernicht mehr in eigensichere Stromkreiseeingesetzt wird.Bei der Auswahl der geeigneten Gerätefür die Zone 2 ist darauf zu achten, dassdie elektrischen Daten der Sensoren/Aktoren nicht überschritten werden.Werden die Sensoren/Aktoren in einemdruckfest gekapselten Gehäuse montiertoder haben sie selbst ein druckfestgekapseltes Gehäuse, ist die Installationauch in der Zone 1 möglich. Für denEinsatz von Sensoren/Aktoren in derZone 2 ist auch die Zündschutzart „n“geeignet.40 Phoenix CONTACTInstallationsbeispiele 2.5

InstallationsanforderungenDie Abbildung stellt eine Auswahl anMöglichkeiten für die Installation vonelektrischen Geräten im gasexplosionsgefährdetenBereich dar. Spezielle Anforderungenan die Projektierung, Auswahlund Errichtung von elektrischen Anlagenin gasexplosionsgefährdeten Bereichensind in der EN 60079-14 enthalten.Für die Installation von elektrischenBetriebsmitteln in Bereichen mit brennbaremStaub ist die EN 61241-14 zubeachten. Weitere wichtige Bestandteilebeim Betrieb von Anlagen in explosionsgefährdetenBereichen sind die Prüfung,Instandhaltung und Reparatur. Festlegungendazu sind in der EN 60079-17 undEN 60079-19 zu finden.Beispiel für die Installation von elektrischen Geräten zur SignalübertragungZone 0 Zone 1 Zone 2Sensor/AktorEx iaMACx-Ex[Ex ia]Ex nSensor/AktorEx icMACx-Ex[Ex ia]Ex nSensor/AktorEx iaMACx-Ex[Ex ia]Ex nSensor/AktorEx ibMACx-Ex[Ex ia]Ex nSensor/AktorEx iaGehäusez.B. Ex dMACx-Ex[Ex ia]Ex nGehäuseIP 54*Gehäusez.B. Ex dSensor/AktorMINIEx nSensor/AktorEx nMINIEx nGehäuseIP 54*Sensor/AktorEx nMINIEx nSicherer Bereich* Verwendung eines geeigneten, für den Einsatz in Zone 2 zugelassenen Gehäuses2.5 Installationsbeispiele PHoENIx CoNTACT 41

2.6 Nachweis der EigensicherheitAllgemeine BetrachtungenDer Betreiber legt auf Grund der durchgeführtenRisikoanalyse die Zone, dieGruppe und die Temperaturklasse fürdas Feldgerät fest.Bei der Auswahl der geeigneten Gerätefür den vorgesehenen Anwendungsfallsind folgende Vergleiche durchzuführen.Vergleich der Kennzeichnung eines eigensicheren Feldgerätes in der Zone 0 und eineszugehörigen BetriebsmittelsFeldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung ZugehörigesBetriebsmittelX II 1 G Ex ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der festgelegtenZoneX II 1 G Ex ia IIB T6Zündschutzart ist in der festgelegten Zone zulässigX II 1 G Ex ia IIB T6Das Gerät für die Verwendung in der vorhandenenGasatmosphäre zulässigZugehöriges Betriebsmittel ist als solches mitKlammern gekennzeichnetX II (1) G [Ex ia] IICX II 1 G Ex ia IIB T6Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels entsprichtmindestens der Kategorie des FeldgerätesX II (1) G [Ex ia] IICX II 1 G Ex ia IIB T6Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittelspasst zu der des FeldgerätesX II (1) G [Ex ia] IICX II 1 G Ex ia IIB T6Das zugehörige Betriebsmittel ist für die gleicheoder eine höherwertige Gasgruppe zugelassen.X II (1) G [Ex ia] IICBeschreibung sicherheitstechnischerDatenBeschreibungKurzzeichenDimensionierung eigensicherer StromkreiseBeispiel einer SchaltungSicherer Bereichfür Feldgerät:max. Eingangsspannungmax. Eingangsleistungmax. innere Kapazitätmax. innere InduktivitätU iI iC iL ifür zugehörige Betriebsmittel:max. Ausgangsspannungmax. Ausgangsleistungmax. äußere Kapazitätmax. äußere InduktivitätU oI oC oL oFeldgerätX II 1 G Ex ia IIB T6Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-RPSS EIX II (1) G [Ex ia] IICU i ≥ U oSPSfür Kabel/Leitung:Kabel-/LeitungskapazitätKabel-/LeitungsinduktivitätC cL cI i ≥ I oP i ≥ P oC i + C c ≤ C oL i + L c ≤ L o42 PHoENIx CoNTACTNachweis der Eigensicherheit 2.6

Analog INFunktion:Die Geräte übertragen analoge Signalevon Sensoren aus dem Feld galvanischgetrennt an eine Steuerung.Beispiel einer SchaltungSicherer BereichEingangstrenner:Der Sensor im Feld wird vom Eingangstrennernicht mit Energie versorgt.Speisetrenner:Stellt dem Sensor zusätzlich die benötigteEnergie zur Verfügung.Hart-Speisetrenner:Zusätzlich aufmoduliertes digitalesDatensignal wird übertragen.FeldgerätX II 1 G Ex ia IIB T6Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-IX II (1) G [Ex ia] IICVergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassungfür einen SpeisetrennerFeld gerät* Kabel/Leitung ZugehörigesBetriebsmittelU i ≥ U o 25,2 VI i ≥ I o 93 mAP i ≥ P o 587 mWC i + Cc (ca. 140…200 nF/km) ≤ C o IIC: 107 nFL i + Lc (ca. 0,8…1 mH/km) ≤ L o IIC: 2 mHBeispielMACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen.Dieser Vergleich basiert auf der Annahme, das Ci < 1% vom Co ist und Li < 1% von Lo ist.SPSAnalog OUTFunktion:Die Geräte übertragen analoge Signalevon einer Steuerung galvanisch getrenntan einen Aktor im Feld.Beispiel einer SchaltungSicherer BereichAusgangstrenner:Der Ausgangstrenner kann auch smartfähigsein. Somit können Aktoren imFeld durch HART-Protokoll konfiguriertwerden.FeldgerätX II 1 G Ex ia IIB T6Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-IDSI-IX II (1) G [Ex ia] IICSPSVergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-ZulassungFeld gerät* Kabel/Leitung ZugehörigesBetriebsmittelU i ≥ U o 27,7 VI i ≥ I o 92 mAP i ≥ P o 636 mWC i + Cc (ca. 140…200 nF/km) ≤ C o IIC = 85 nFL i + Lc (ca. 0,8…1 mH/km) ≤ L o IIC = 2 mHBeispielMACx MCR-Ex-SL-IDSI-I* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen.Dieser Vergleich basiert auf der Annahme, das Ci < 1% vom Co ist und Li < 1% von Lo ist.2.6 Nachweis der Eigensicherheit PHoENIx CoNTACT 43

Digital INNAMUR-TrennschaltverstärkerDie Geräte übertragen binäre Signalevon Sensoren aus dem Feld über einegalvanische Trennung an die Steuerung.Dieses Signal wird im Feld von einemSchalter oder einem NAMUR-Sensorerzeugt. Das Signal wird auf der Ausgangsseitedes Trennschaltverstärkersentweder durch ein Relais oder durcheinen Transistor als binäres Signal an dieSteuerung weitergegeben.Durch eine zusätzliche Widerstandsbeschaltungkann auch bei einfachen Schalterneine Drahtbrucherkennung realisiertwerden.mit Drahtbrucherkennung1313ohne DrahtbrucherkennungBeispiel einer SchaltungFeldgerätX II 1 G Ex ia IIB T6Sicherer BereichZugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-NAM-RX II (1) G [Ex ia] IICVergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-ZulassungFeld gerät* Kabel/Leitung ZugehörigesBetriebsmittelSPSBeispielMACx MCR-Ex-SL-NAM-RU i ≥ U o 9,6 VI i ≥ I o 10 mAP i ≥ P o 25 mWC i + Cc (ca. 140…200 nF/km) ≤ C o IIC = 510 nFL i + Lc (ca. 0,8…1 mH/km) ≤ L o IIC = 100 mH* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen oderbei einfachen elektrischen Betriebsmitteln besonders zu ermitteln.Dieser Vergleich basiert auf der Annahme, das C i < 1% vom Co ist und Li < 1% von Lo ist.Über den Widerstand wird gewährleistet,dass ein minimaler Strom ständigfließt, auch wenn der Schalter geöffnetist. So kann ein Leitungsbruch identifiziertwerden.Bei einfachen elektrischen Betriebsmitteln,z.B. einfachen Schaltern, fließen nurdie Induktivitäts- und Kapazitätswerteder Kabel/Leitungen in den Vergleich dersicherheitstechnischen Daten ein.Weitere Anforderungen an "einfacheelektrische Betriebsmittel" sieheSeite 21.Digital OUTVentilsteuerbausteinVentilbausteine verbinden einen im sicherenBereich installierten Schalter bzw.eine Spannungsquelle galvanisch getrenntmit einem Feldgerät.Beispiel einer SchaltungSicherer BereichEs können eigensichere Magnetventile,Alarmbausteine oder andere eigensichereGeräte angeschlossen sowie einfacheelektrische Betriebsmittel wie z.B. LEDsbetrieben werden.FeldgerätX II 1 G Ex ia IIB T6Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-SD-24-48-LPX II (1) G [Ex ia] IICSPS44 PHoENIx CoNTACTNachweis der Eigensicherheit 2.6

DimensionierungBeispiel für den Ventilsteuerbaustein MACX MCR-EX-SL-SD-24-48-LPRIIVRCISV1. Prüfung der sicherheitstechnischen DatenVentiltrennerMagnetventilRSVVergleich der sicherheitstechnischen Daten aus der Ex-ZulassungUVRi = Innenwiderstand des VentiltrennersUv = Garantierte Spannung des Ventiltrennersohne LastRc = Maximal zulässiger Leitungswiderstandbei der Zusammenschaltungvon Ventiltrenner und VentilRsv = Wirksamer Spulenwiderstand desMagnetventils (Der Kupferwiderstandder Wicklung ist von derUmgebungstemperatur abhängig)Iv= Maximaler Strom, den der Ventiltrennerliefern kannIsv = Strom, den die Magnetspule benötigt,damit das Ventil anziehen kannbzw. gehalten werden kannUsv = Spannung, die bei I SV an der Spuleanliegt (Kupferwiderstand derWicklung ist von der Umgebungstemperaturabhängig)USVFeld -gerät*Beispiel Ventil3. Ermittlung von R CRc= U v - R i - Rsv =IsvKabel/LeitungBeispiel100 mZugehörigesBetriebsmittelU i 28 V ≥ U o 27,7 VI i 115 mA ≥ I o 101 mAP i 1,6 W ≥ P o 697 mWC i vernachlässigbar +Cc + 18 nF ≤ C o 80 nFkleinL i vernachlässigbarklein+Lc + 0,08mH≤ L o 5,2 mH21,9 V - 566 Ω - 133 Ω = 253,2 Ω0,023 ABeispiel MACxMCR-Ex-SL-SD-24-48-LP* Die Werte für das Feldgerät sind der jeweiligen EG-Baumusterprüfbescheinigung zu entnehmen.2. Prüfung der FunktionsdatenVentiltrennerUV = 21 V, Ri = 133 Ω, IV = 45 mAVentilRSV 65 °C = 566 Ω, Isv = 23 mAIv ≥ IsvDaraus folgt, dass der maximale Strom,den der Ventilsteuerbaustein liefernkann, für den Betrieb der Magnetspuleausreicht.Die Dimensionierung erfolgt in mehrerenSchritten.1. Prüfung der sicherheitstechnischenDatenUi ≥ UoIi ≥ IoPi ≥ Po2. Prüfung der FunktionsdatenIv ≥ Isv3. Ermittlung des max. zulässigen LeitungswiderstandsRc = U v - R i - RsvIsvRc > 0 Ω, ansonsten ist die Funktionnicht gewährleistet.Aus der Berechnung ergibt sich, dass fürdie Leitung ein Widerstand von 253,5 Ωzur Verfügung steht.Empfehlung: Für die Funktion des Ventilssollte der tatsächliche Leitungswiederstandeine Reserve von 25 Ω haben.Bei einem Leistungsquerschnitt von0,5mm 2 beträgt die maximal möglicheLeitungslänge 3,17 km, bei einer Reservevon 25 Ω. Da aber sicherheitstechnischeDaten aus der Ex-Zulassung ebenfalls zuberücksichtigen sind, beträgt die maximalzulässige Leitungslänge im Beispiel444 m.Richtwert für Kabel/LeitungenLeiterwiderstand(Hin-/Rückleitung)KabelkapazitätKabelinduktivität0,5 mm 2 : 72 Ω/km0,75 mm 2 : 48 Ω/km1,5 mm 2 : 24 Ω/kmca. 180 nF/kmca. 0,8 mH/km2.6 Nachweis der Eigensicherheit PHoENIx CoNTACT 45

TemperaturmessungTemperaturmessumformerTemperaturmessumformer wandelnMesssignale von veränderlichen Widerständen(z.B. Pt100 usw.) oder Thermoelementen(z.B. J, K) in Standardsignale0…20 mA, 4…20 mA um.Bei Pt100-Widerständen kann die 2-, 3-,oder 4-Leiter-Messtechnik Anwendungfinden.TemperaturmessungDie Temperatur im Inneren eines Heizöltankssoll überwacht werden. DieMessung erfolgt mit einem Pt100-Widerstand.Dieser kann gemäß EN 60079-11als einfaches elektrisches Betriebsmittelbetrachtet werde, da er passiv ist. Einfacheelektrische Betriebsmittel müssendie Anforderungen der EN 60079-11erfüllen und dürfen die Eigensicherheitdes Stromkreises, in dem sie eingesetztwerden, nicht beinträchtigen.Der Prüfungsaufwand reduziert sich,wenn zertifizierte, eigensichere Sensorenverwendet werden.Um das Messsignal in ein Standardsignalfür die Steuerung umzusetzen, gibt eszwei Möglichkeiten.Beispiel einer SchaltungϑEinfaches elektrischesBetriebsmittelBeispiel für Fall ISicherer BereichFall IDas Messsignal des Pt100-Widerstandeswird über eine Signalleitung zu demTemperaturmessumformer MACx MCR-Ex-SL-RTD-I geführt. Im Messumformerwird das Temperatursignal in ein Standardsignalgewandelt und gleichzeitigerfolgt die Trennung zwischen eigensicherenund nichteigen sicheren Stromkreis.Der Messumformer ist ein zugehörigesBetriebsmittel der ZündschutzartEigensicherheit Ex ia. Er wird in einemSchaltschrank im sicheren Bereich installiert.In diesem Fall erfordert die Schaltungkeinen weiteren Aufwand bei derelektrischen Dimensionierung.Zu prüfen ist dennoch, ob die Summealler Kabel-/Leitungskapazitäten und-induktivitäten im eigensicheren Stromkreisdie von dem Messumformer vorgegebenenDaten nicht überschreiten.Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-RTD-IX II (1) G [Ex ia] IICVergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-ZulassungSPSPt100-Widerstand*Kabel/LeitungZugehörigesBetriebsmittelBeispielMACx MCR-Ex-SL-RTD-I– Uo 6 V* passiv laut EN 60079-11– Io 6,3 mA– Po 9,4 mW+ Cc (ca. 140…200 nF/km) < Co IIB = 6,9 μFIIC= 1,4 μF+ Lc (ca. 0,8…1 mH/km) < Lo IIB = 100 mHIIC = 100 mH46 PHoENIx CoNTACTNachweis der Eigensicherheit 2.6

Fall IIIm zweiten Fall findet die Umwandlungdes Temperatursignals in ein Standardsignalin der Nähe der Messstelle, alsoim explosionsgefährdeten Bereich statt.Dazu wird der TemperaturkopfmessumformerMCR-FL-HT-TS-I-Ex verwendet.Das Standardsignal wird dann zu demSpeisetrenner MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I geleitet. Dieser wird im sicherenBereich installiert. Im Speisetrennererfolgt die Trennung zwischen eigensicheremund nichteigensicherem Stromkreis.Bezogen auf den Pt100-Widerstandund den Kopfmessumformer sind,wie im ersten Fall, keine besonderenBedingungen einzuhalten. Zu vergleichensind die sicherheitsrelevanten Daten deselektrischen Betriebsmittels, des eigensicherenTemperaturkopfmessumformersund des Speisetrenners als zugehörigesBetriebsmittel.Spannung, Strom und Energie des Speisetrennersmüssen kleiner sein, als diezugelassenen Eingangswerte des eigensicherenTemperaturkopfmessumformers.Zusätzlich ist zu prüfen, ob die Summealler Kapazitäten und Induktivitäten imeigensicheren Stromkreis die von demSpeisetrenner vorgegebenen Daten nichtüberschreitet. Dazu gehören auch dietechnischen Daten von Kabeln und Leitungendes eigensicheren Strom kreises.Beispiel einer SchaltungSicherer BereichϑSPSEinfaches elektrischesBetriebsmittelEigensicherer Temperaturkopfmessumformer,z.B.MCR-FL-HT-TS-I-ExX II 2 G Ex ia IIB T6Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel, z.B.MACx MCR-Ex-SL-RPSSI-IX II (1) G [Ex ia] IICBeispiel für Fall IIVergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-ZulassungPt100-Widerstand*Kabel/LeitungZugehörigesBetriebs mittelBeispielMCR-FL-HT-TS-I-ExKabel/LeitungZugehörigesBetriebs mittelBeispielMACx MCR-Ex-SL-RPSSI-I– Uo Ui = 30 V > Uo 25,2 V– Io Ii = 100 mA > Io 93 mA– Po Pi = 750 mW < Po 587 mW+ Cc < Co Ci ≈ 0 + Cc < Co IIC= 107 μF+ Lc < Lo Li ≈ 0 + Lc < Lo IIC = 2 mH* passiv laut EN 60079-112.6 Nachweis der Eigensicherheit PHoENIx CoNTACT 47

3 Technisches BasiswissenNeben der Kenntnis der grundlegendenZusammenhänge zum Explosionsschutz gibtes noch eine Reihe weiterer Grundlagender MSR Technik, die nicht spezifisch demExplosionsschutz zugeordnet werden, fürdiesen aber dennoch genauso von Bedeutungsind. Neben den IP- Schutzklassen,der Funktionsweise von NAMUR- Sensorenund dem Übertragungsprinzip des HART-Protokolls trifft dies besonders auf dasThema der Funktionalen Sicherheit zu.48 PHoENIx CoNTACTTechnisches Basiswissen 3

NEMA-KlassifikationNEMA-KlassifikationNEMA Verwendung Bedingung (angelehnt an NEMA-Standard 250) IP-Schutzart1 In Innenräumen Schutz gegen zufälligen Kontakt und einer begrenzter Menge Schmutz➞ IP202 In Innenräumen Eindringen von Tropfwasser und Schmutz3 Im Freien Schutz gegen Staub und Regen; keine Beschädigung bei Eisbildungam Gehäuse3R Im Freien Schutz gegen fallenden Regen; keine Beschädigung bei Eisbildungam Gehäuse3S Im Freien Schutz gegen Staub, Regen und Hagel; außenliegende Mechanismenbleiben bei Eisbildung betriebsbereit➞➞➞IP64IP22IP644 In Innenräumenoder im FreienSchutz gegen Spritzwasser, Staub und Regen; keine Beschädigung beiEisbildung am Gehäuse➞IP664xIn Innenräumenoder im FreienSchutz gegen Spritzwasser, Staub und Regen; keine Beschädigung beiEisbildung am Gehäuse; korrosionsgeschützt➞IP666 In Innenräumenoder im FreienSchutz gegen Staub, Wasserstrahl und Wasser während vorübergehendenUntertauchens; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse➞IP676PIn Innenräumenoder im FreienSchutz gegen Wasser während längeren Untertauchens; korrosionsgeschützt11 In Innenräumen Schutz gegen Tropfwasser; korrosionsgeschützt12,12KIn InnenräumenSchutz gegen Staub, Schmutz und tropfende, nicht korrodierendenFlüssigkeiten➞IP5513 In Innenräumen Schutz gegen Staub und Spritzwasser, Öl und nichtkorrodierendeFlüssigkeiten➞IP65Wichtige Hinweise:• Die Prüfbedingungen und Anforderungen von NEMA-Klassifikation undIP-Schutz (EN 60529) sind nicht exakt miteinander vergleichbar.• Es können nicht IP-Schutzarten in NEMA-Klassifikationen umgewandeltwerden.3 Technisches Basiswissen PHoENIx CoNTACT 49

IP-Schutzart (entsprechend EN 60529)IP 5Erste Schutzgrade gegen Zugang zu gefährlichen Teilen und feste FremdkörperKenn ziffer KurzbeschreibungDefinition0 Nicht geschützt1 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichenTeilen mit dem Handrücken.Die Zugangssonde, Kugel 50 mm Durchmesser, muss ausreichendenAbstand von gefährlichen Teilen haben.Geschützt gegen feste Fremdkörper mit50 mm Durchmesser und größer.Die Objektsonde, Kugel 50 mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen*.2Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichenTeilen mit einem Finger.Der gegliederte Prüffinger, 12 mm Durchmesser, 80 mm Länge,muss ausreichend Abstand von gefährlichen Teilen haben.Geschützt gegen feste Fremdkörper mit12,5 mm Durchmesser und größer.Die Objektsonde, Kugel 12,5 mm Durchmesser, darf nicht volleindringen*.3 Geschützt gegen den Zu gang zu gefährlichenTeilen mit einem Werkzeug.Die Zugangssonde, 2,5 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.Geschützt gegen feste Fremdkörper mit2,5 mm Durchmesser und größer.4 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichenTeilen mit einem Draht.Die Objektsonde, 2,5 mm Durchmesser, darf überhaupt nichteindringen*.Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.Geschützt gegen feste Fremdkörper mit1,0 mm Durchmesser und größer.5 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichenTeilen mit einem Draht.Die Objektsonde, 1,0 mm Durchmesser, darf überhaupt nichteindringen*.Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.Staubgeschützt6 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichenTeilen mit einem Draht.StaubdichtEindringen von Staub ist nicht vollständig verhindert, aber Staubdarf nicht in einer solchen Menge eindringen, dass das zufriedenstellendeArbeiten des Gerätes oder die Sicherheit beeinträchtigtwird.Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen.Kein Eindringen von Staub.* Der volle Durchmesser der Objektsonde darf nicht durch eine Öffnung desGehäuses hindurchdringen.AnmerkungWo eine Kennziffer nicht angegeben werden muss, ist sie durch den Buchstaben „X“ zu ersetzen.Geräte, die mit der zweiten Ziffer 7 oder 8 bezeichnet sind, brauchen die Anforderungen der zweiten Ziffern 5 oder 6nicht zu erfüllen, es sei denn, sie sind mit einer Doppelbezeichnung (z.B. IPX6/IPX7) versehen.50 Phoenix CONTACTTechnisches Basiswissen 3

4ZweiteKenn zifferSchutzgrad gegen WasserKurzbeschreibungDefinition0 Nicht geschützt1 Geschützt gegen Tropfwasser. Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädlichen Wirkungenhaben.2 Geschützt gegen Tropfwasser, wenn dasGehäuse bis zu 15° geneigt ist.Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädlichen Wirkungenhaben, wenn das Gehäuse um einen Winkel bis zu 15º beiderseitsder Senkrechten geneigt ist.3 Geschützt gegen Sprühwasser. Wasser, das in einem Winkel bis zu 60º beiderseits der Senkrechtengesprüht wird, darf keine schädlichen Wirkungen haben.4 Geschützt gegen Spritzwasser. Wasser, das aus jeder Richtung gegen das Gehäuse spritzt, darfkeine schädlichen Wirkungen haben.4KGeschützt gegen Spritzwasser mit erhöhtemDruck.Wasser, das aus jeder Richtung mit erhöhtem Druck gegen dasGehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben (giltnach DIN 40 050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge).5 Geschützt gegen Strahlwasser. Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl gegen das Gehäusespritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.6 Geschützt gegen starkes Strahlwasser. Wasser, das aus jeder Richtung als starker Strahl gegen dasGehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben.6KGeschützt gegen starkes Strahlwasser miterhöhtem Druck.Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl mit erhöhtem Druckgegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungenhaben (gilt nach DIN 40 050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge).7 Geschützt gegen die Wirkungen beimzeitweiligen Untertauchen in Wasser.8 Geschützt gegen die Wirkungen beimdauernden Untertauchen in Wasser.Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungenverursacht, wenn das Gehäuse unter genormten DruckundZeitbedingungen zeitweilig in Wasser untergetaucht ist.Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungenverursacht, wenn das Gehäuse dauernd unter Wassergetaucht ist unter Bedingungen, die zwischen Hersteller undAnwender vereinbart werden müssen. Die Bedingungen müssenjedoch schwieriger sein als für die Kennziffer 7.9KGeschützt gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigung.Wasser, das aus jeder Richtung unter stark erhöhtem Druckgegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungenhaben (gilt nach DIN 40 050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge).3 Technisches Basiswissen Phoenix CONTACT 51

3.1 MSR-TechnikPrinzipien der SignalübertragungAktive Trennung3-Wege-Trennung Eingangstrennung SpeisetrennungEingangssignalINOUTSpeisungdes MessumformersAusgangssignal EingangssignalIN OUTAusgangssignal IN OUTAusgangssignalEingangssignalPOWER POWER POWERBei Modulen mit dieser Trennungstechniksind alle Komponenten, diean Eingang, Ausgang oder Versorgungangeschlossen sind, gegeneinander vorStörungen geschützt.Entsprechend sind alle 3-Wege (Eingang,Ausgang und Versorgung) galvanisch voneinandergetrennt.Die 3-Wege-Trennung sorgt sowohlfür eine galvanische Trennung zwischenMessaufnehmer und Steuerung als auchzwischen Steuerung und Stellglied.Eingangsseitig benötigen die Moduleaktive Signale. Ausgangsseitig stellen sieein gefiltertes und verstärktes Signal zurVerfügung.Bei Modulen mit dieser Trennungstechniksoll die ausgangsseitig angeschlosseneElektronik (z.B. Steuerung) vor Störungenaus dem Feld geschützt werden.Daher ist nur der Eingang von den aufgleichem Potential liegenden Ausgangund Versorgung galvanisch getrennt.Die Module benötigen eingangsseitigaktive Signale (z.B. von Messaufnehmern).Ausgangsseitig stellen sie eingefiltertes und verstärktes Signal zurVerfügung (z.B. der Steuerung).Speisetrenner nutzen die Signaleingangsseitenicht nur zur Messwerterfassung,sondern stellen den eingangsseitig anzuschließendenpassiven Messaufnehmernauch die benötigte Versorgung zur Verfügung.Ausgangsseitig stellen sie ein gefiltertesund verstärktes Signal zur Verfügung(z.B. der Steuerung).Die Trennungstechnik dieser Moduleentspricht der Eingangstrennung.Problem: StöreinstrahlungProblem: Spannungsdifferenz im ErpotentialIR ER ELösung:IR ELösung:P Erde 1ErdstromschleifeP Erde 2P Erde 1keine ErdstromschleifeP Erde 2R E52 Phoenix CONTACTMSR-Technik 3.1

Passive TrennungPassive Trennung,eingangsseitig gespeistSpeisung überSignalEingangssignalINOUTAusgangssignalPassive Trennung, ausgangsseitiggespeist (Loop-powered)EingangssignalINOUTSpeisung überSignalAusgangssignalPassiver SpeisetrennerSpeisungdes MessumformersEingangssignalINOUTSpeisungüber SignalAusgangssignalDie Module beziehen die zur Signalübertragungund galvanischen Trennungbenötigte Energie aus dem aktiven Eingangskreis.Ausgangsseitig steht ein aufbereitetesStromsignal für die Steuerung oder fürStellglieder zur Verfügung.Diese passive Trennung ermöglichtdie Signalaufbereitung (auftrennen vonErdschleifen) und -filterung ohne einezusätzliche Versorgung.Die Module beziehen die zur Signalübertragungund galvanischen Trennungbenötigte Energie aus dem aktiven Ausgangskreis,idealerweise von einer versorgendenSPS-Eingangskarte.Ausgangsseitig arbeiten die Looppowered-Module mit einem 4...20 mA-Normsignal. Eingangsseitig verarbeitetder Passivtrenner aktive Signale.Beim Einsatz dieser Trennungstechnikmuss beachtet werden, dass die ausgangsseitigangeschlossene aktive Signalquelle(z.B. aktive SPS-Eingangskarte)sowohl den Passivtrenner versorgen, alsauch ihre Bürde treiben kann.Die Module beziehen die zur Signalübertragungund galvanischen Trennungbenötigte Energie aus dem aktiven Ausgangskreis.Diese aus dem Ausgangskreis gezogeneEnergie stellt der passive Speisetrenneraußerdem einem eingangsseitig angeschlossenenpassiven Messaufnehmer zurVerfügung.Der Messaufnehmer liefert mit Hilfeder zur Verfügung gestellten Energie einSignal, das der passive Speisetrennergalvanisch trennt und ausgangsseitig zurVerfügung stellt.Daher verlaufen Signal- und Energieflussbei einer passiven Speisetrennung grundsätzlichgegensätzlich zueinander.NAMUR Sensor/SchaltverstärkerBei NAMUR-Sensoren handelt es sichum eine spezielle Art von 2-Leiter-Näherungssensoren, deren Stromausgangskennliniein der Norm EN 60947-5-6 festgeschrieben ist. Für den Betriebmüssen diese Sensoren von der auswertendenElektronik mit einer Speisespannungvon typischerweise 8,2 V DCversorgt werden. Abhängig davon, obder Abstand eines zu detektierendenGegenstandes über oder unter derSchaltschwelle liegt, sind für den Näherungssensordie Schaltzustände „leitend“oder „sperrend“ definiert. Je nachAnwendung kann diese Zuordnung auchinvertiert sein.Laut Norm ist für den Zustand „sperrend“ein Sensorstroms von 0,4 bisI3mA2102,11,2SchaltpunkteSchaltwegdifferenzSchaltstromdifferenzBeispiel einer stetigen Kennlinie einesNäherungssensors∆s∆I1Abstand SI3mA2102,11,2Beispiel einer nichtstetigen Kennlinieeines Näherungssensors1,0 mA definiert, für den Zustand „leitend“mindestens 2,2 mA bei mindestens400 Ω Sensorinnenwiderstand. DieseSensorströme sind von einem nachgeschaltetenSchaltverstärker gemäß untenstehendemSpannungs-/Stromdiagrammauszuwerten.∆s∆I1Abstand S3.1 MSR-Technik Phoenix CONTACT 53

Einteilung von Näherungsschaltern1. Stelle/1 Zeichen2. Stelle/1 Zeichen3. Stelle/3 Zeichen4. Stelle/1 Zeichen5. Stelle/1 Zeichen6. Stelle/1 Zeichen8. Stelle/1 ZeichenErfassungsartBauform undGrößeMechanische EinbaubedingungenSchaltelementfunktionAusgangsart Anschlussart NAMUR-FunktionI = induktivC = kapazitivU = UltraschallD = photoelektrischdiffus reflektiertesLichtbündelR = photoelektrischreflektiertesLichtbündelT = photoelektrischdirektesLichtbündel1 = bündig einbaubar2 = nicht bündigeinbaubar3 = nicht festgelegtFoRM (1 Großbuchstabe)A = zylindrischeGewindehülseB = glatte zylindrischeHülseC = rechteckigmit quadratischemQuerschnittD = rechteckigmit rechteckigemQuerschnittGRÖSSE(2 Ziffern) fürDurchmesser oderSeitenlängeA = SchließerB = ÖffnerP = programmierbardurch AnwenderS = andereD = 2 AnschlüsseDCS = andere1 = integrierteAnschlussleitung2 =Steckanschluss3 = Schraubanschluss9 = andereN = NAMURFunktionDiese Tabelle ist eine Erweiterung der Tabelle 1 von EN 60947-5-2.NAMUR-SensorSicherer BereichSPSNetzspannungMACx MCR-Ex-SL-NAMNAMUR-Sensor im FeldSchaltungsaufbau mit einem NAMUR-Sensor im Ex-Bereich.NAMUR-SchaltverstärkerBei den NAMUR-Schaltverstärkern könnenfolgende Signale und Eigenschaftendes NAMUR-Sensors ausgewertet werden:a Ansprechbereich für Änderung desSchaltzustandes ΔI1: 1,2 mA bis2,1 mAb Ansprechbereich für Unterbrechungim Steuerstromkreis ΔI1: 0,05 mA bis0,35 mA,c Überwachungsbereich für UnterbrechungI ≤ 0,05 mA,d Ansprechbereich für Kurzschluss imSteuerkreis ΔR: 100 Ω bis 360 Ω,e Überwachungsbereich für KurzschlussR≤100 Ω.UV13121110987654321c1a2b3∆I1456Steuereingang desNAMUR-Schaltverstärkers78deR = 360 ΩR = 100 Ω9 10 11 12 13 14 15 16 17l/mA54 PHoENIx CoNTACTMSR-Technik 3.1

Smartfähige Geräte - HART ProtokollIn der Prozessindustrie muss für einegroße Anzahl von analogen Feldgerätenbei der Inbetriebnahme und Wartung,aber auch während des laufenden Betriebes,eine Konfiguration durchgeführtbzw. Diagnose-Daten ermittelt werden.Um eine solche Kommunikation zumFeldgerät zu ermöglichen, werden demanalogen Signal digitale Informationenüberlagert. Dazu müssen alle beteiligtenGeräte „Smart“-fähig sein.In der Praxis hat sich für diese Art derKommunikation das HART-Protokolldurchgesetzt.Da diese Technologie die zur Zeit amweitesten verbreitete ist, soll anhanddieser die „Smart“-Thematik erläutertwerden.Bei dem HART-Protokoll wird die Übertragungder digitalen Information mitHilfe der Frequenzumtastung (FSK –Frequency Shift Keying) auf das analoge4-20 mA Signal aufmoduliert.Grundsätzlich wird zwischen zwei möglichenBetriebsarten unterschieden:Dem „Punkt-zu-Punkt“-Betrieb, mitder Kommunikation nur zu einem im4-20 mA Stromkreis angeschlossenenFeldgerät und dem „Multi-Drop“-Betrieb, in dem bis zu 15 Feldgeräte indem Stromkreis parallel geschaltet werdenkönnen. Diese beiden Betriebsartenunterscheiden sich im wesentlichendadurch, dass im „Punkt-zu-Punkt“-Betrieb das analoge 4-20 mA Signal wiegewohnt weiter genutzt werden kannund das gewünschte Prozesssignal überträgt.Dabei können zusätzliche Daten indigitaler Form übertragen werden. Beim„Multi-Drop“-Betrieb wird im Feldgerätein Stromsignal von 4 mA als Träger-Medium genutzt, um die ausschließlichdigitalen Informationen von und zu denangeschlossenen Feldgeräten weiter zuleiten.Analoges Signal überlagert vondigitalem HART-Signal20 mA4 mA2200 Hz"0"1200 Hz"1"1200 Hz"1"2200 Hz"0"2200 HzDer Anschluss der Geräte ist sowohl imPunkt-zu-Punkt-Betrieb als auch im Multi-Drop-Betrieb(mit bis zu 15 Teilnehmernparallel) möglich. Beim Punkt-zu-Punkt-Betrieb steht das 4...20 mA Signalwie gewohnt weiter als Prozesssignal zurVerfügung. Für den Multi-Drop-Betriebwird ein eingeprägter Mindeststrom von4 mA als Träger für die HART-Kommunikationbenötigt.Dabei kommt es aber auf die technischeInfrastruktur der Installation der Anlagean, mit welchem Hilfsmittel diese Funktionalitätgenutzt wird. Mit Hilfe einesHandheld-Gerätes lassen sich direkt imFeld an den Klemmen der Interface-Geräte die Diagnose und Konfigurationder Feldgeräte durchführen. Werdendie HART-Informationen mittels HART-Multiplexern oder über E/A-Moduleder Steuerungsebene an übergeordneteEngineering-Werkzeuge weitergeleitet,dann können diese z.B. auch von AssetManagement Systemen genutzt werden.Asset Management Systeme bieten dieMöglichkeit, Konfigurations- und Diagnosefunktionenauch automatisch durchzuführenund darüber hinaus den technischenRahmen zur Archivierung derFeldgerätedaten (z.B. Einstellparameter)."0"tAufbau mit HART-SignaleinspeisungSmart TransmitterEx iaϑISicherer BereichSpeisetrenner [Ex ia]i4-20 mA1.2-2.2 kHzJe nach physikalischem Aufbau kann auchdie Steuerungsebene die HART- Kommunikationnutzen, um aus der Steuerungheraus Einfluss auf das Feldgerät (z.B.Sollwert, Messbereichsänderung) zu nehmenoder zusätzliche Information (z.B.Prozesssignale) abzufragen.Wie in der normalen Installation (ohneHART-Kommunikation) auch, stellenInterface-Geräte die Schnittstellezwischen den Feldgeräten (Sensorenund Aktoren) und der E/A-Ebene derSteuerung dar. Um die auf dem analogen4-20 mA Signal aufmoduliertenInformationen sicher und ohne Störungübertragen zu können, müssen die dazueingesetzten Interface-Geräte „Smart“-fähig sein. Das heißt, im Betrieb dürfenkeine Einwirkungen auf das HART-Signal,z.B. durch Filter, auftreten.Bei Interface-Geräten zur Signalanpassungmit galvanischer Trennung wird dasHART-Signal im Interface-Gerät ausgekoppeltund separat übertragen.Darüber hinaus ist auch die angeschlosseneBürde im Stromkreis zu berücksichtigen,da das HART-Signal einenAbschlusswiderstand von 250 Ω erfordert.HART-Konfigurationsgeräti3.1 MSR-Technik PHoENIx CoNTACT 55

3.2 SIL Grundlagen(Funktionale Sicherheit)Normative GrundlagenSicherheitsgerichtete Funktion fürden Ex-BereichDer Begriff SIL (Safety Integrity Level)prägt zunehmend die Prozesstechnik.Damit werden Anforderungen definiert,die an ein Gerät bzw. System gestelltwerden, um die Ausfallwahrscheinlichkeitzu beschreiben. Ziel ist es, möglichsthohe Betriebssicherheit zu erreichen.Fällt das Gerät oder System aus, so wirdein definierter Zustand erreicht. DieBetrachtungen an Hand der Normenerfolgt auf statistischer Wahrscheinlichkeit.Anwendung von SIL auf Basis vonEN 61508 und EN 61511Für einen weiten Bereich von Industrieninnerhalb der Prozessindustrie, einschließlichChemieindustrie, Raffinerien,Öl- und Gasförderung, Papierherstellung,konventioneller Stromerzeugung, wirddie SIL-Norm angewendet. Neben derFunktionalen Sicherheit sind bei Anlagenim explosionsgefährdeten Bereich auchdie Ex-Normen EN 60079-0 ff anzuwenden.Für die MSR-Technik bei prozesstechnischenAnlagen hat die Maschinen-Richtliniekeine verbindliche Zertifizierung derGeräte festgelegt.EN 61508: Norm"Funktionale Sicherheit für sicherheitsbezogeneelektrische, elektronischeoder programmierbareelektronische Systeme"Diese Norm beschreibt die Anforderungen,die der Hersteller für seine Gerätebzw. Systeme zu berücksichtigen hat.EN 61511: Norm"Funktionale Sicherheit - SicherheitstechnischeSysteme für dieProzessindustrie"Die Norm EN 61511 beschreibt dieAnforderungen zur Errichtung undBetrieb von Anlagen mit FunktionalerSicherheit.Die Einhaltung der Norm wird durchden Betreiber, Eigentümer und Planerauf Grund von Sicherheitsplanungenund nationalen Vorschriften festgelegt.Daneben wird auch die Anforderung anein Gerät beschrieben, um es durch dieBetriebsbewährtheit (proven-in-use) ineiner Applikation einsetzen zu können.SIL BetrachtungBei der Betrachtung von SIL ist dieGesamtheit des Signalwegs zu beachten.In dem Beispiel wird dargestellt, wie sichin einer typischen sicherheitstechnischenApplikation die Berechnung an Hand vonmittleren Ausfallwahrscheinlichkeiten dereinzelnen Geräte ergibt.In der Norm EN 61508-1, Tabelle 2 istder Zusammenhang zwischen der mittlerenAusfallwahrscheinlichkeit und demerreichbaren SIL-Level beschrieben. AnHand des geforderten Levels kann dabeidas Gesamtbudget für die Summe allerPFD-Werte abgelesen werden.Sicher-heits-IntegritätslevelSILBetriebsart mit niedrigerAnforderungsrate(mittlere Ausfallwahrscheinlichkeitder entworfenenFunktion bei Anforderung)4 ≥ 10 -5 bis < 10 -43 ≥ 10 -4 bis < 10 -32 ≥ 10 -3 bis < 10 -21 ≥ 10 -2 bis < 10 -1Sicherheits-Integritätslevel: Ausfallgrenzwerte füreine Sicherheitsfunktion, die in der Betriebsartmit niedriger Anforderungsrate betrieben wird.Als Beispiel wird hier eine Anlage miteinkanaliger Struktur mit niedrigerAnforderungsrate angenommen, dannliegt bei SIL 2 der mittlere PFD-Wertzwischen 10 -3 bis < 10 -2 .56 Phoenix CONTACTSIL Grundlagen (Funktionale Sicherheit) 3.2

Beispiel:Sensor und Aktor sind im Feld montiertund werden chemisch und physikalischbelastet (Prozessmedium, Druck, Temperatur,Vibration usw.). Entsprechendhoch ist das Fehlerrisiko dieser Komponenten.Deshalb sind für den Sensor 25% und für den Aktor 40 % des Gesamt-PFD vorgesehen.Für die fehlersichere Steuerung bleiben15 % und für die Interfacebausteine je10 %. Beide haben keinen Kontakt zumProzessmedium und sind in der Regel ineinem geschützten Schaltschrank untergebracht.Die Werte werden typischerweise derBerechnung zu Grunde gelegt.SensorSensorPFD 1 + PFD 2 + PFD 3 + PFD 4 + PFD 510%Signalweg35%Sensorik und SignalwegSteuerung15%SSPSDigital-EingangAnalog-EingangDigital-EingangAnalog-Eingang10%Signalweg50%Aktor und SignalwegAktorAktorMögliche Verteilung der PFD-Werte in einem SicherheitsregelkreisÜbersicht von Begriffen aus den Normen EN 61508 und EN 61511SILEUCMTBFPDFPFDSafety Integrity Level(Sicherheits-Integritätslevel)Eine von vier diskreten Stufenzur Spezifizierung der Anforderungenfür die Sicherheitsintegritätder sicherheitstechnischenFunktionen, die dem E/E/PEsicherheitstechnischenSystemzugeordnet werden, wobeider Sicherheits-Integritätslevel4 die höchste Stufe und derSicherheits-Integritätslevel 1die niedrigste Stufe der Sicherheitsintegritätdarstellt.Equipment under controlEinrichtung, Maschine, Apparatoder Anlage, verwendet zurFertigung, Stoffumformung,zum Transport.Mean Time Between FailuresEs ist die erwartete mittlereZeit zwischen Fehlern.Probability Density FunctionWahrscheinlichkeits-Dichtefunktion.Probability of Failure onDemandDie Wahrscheinlichkeit einesAusfalls bei Anforderung.Beschreibt die Wahrscheinlichkeit,dass ein sicherheitstechnischesSystem seine Funktion imBedarfsfall nicht ausführt.PFDavg Average Probability ofFailure on DemandMittlere Ausfallwahrscheinlichkeitder Funktion im Anforderungsfall.E/E/PES Elektrische/elektronische/programmierbare elektronischeSystemePFHEin Begriff, der verwendetwird, um alle elektrischenGeräte oder Systeme zu erfassen,die zur Durchführungeiner sicherheitstechnischenFunktion verwendet werdenkönnen. Er beinhaltet somiteinfache elektrische Geräteund speicherprogrammierbareSteuerungen (SPS) jeder Art.Probability of dangerousFailure per HourBeschreibt die Wahrscheinlichkeiteines Gefahr bringendenAusfalls pro Stunde.SFFSIFSISSafe Failure FractionBeschreibt den Anteil ungefährlicherAusfälle. Sie ergibtsich aus dem Verhältnis derRate der sicheren Fehler plusder Rate der diagnostiziertenbzw. erkannten Fehler in Bezugzur gesamten Ausfallrate desSystems.Safety Instrumented FunctionBeschreibt die sicherheitstechnischeFunktion.Safety Instrumented SystemEin SIS (sicherheitstechnischesSystem) besteht aus einer odermehreren sicherheitstechnischenFunktionen. Für jededieser sicherheitstechnischenFunktionen gilt eine SIL-Anforderung.3.2 SIL Grundlagen (Funktionale Sicherheit) PHoENIx CoNTACT 57

3.3 Begriffe und AbkürzungenBegriffe aus dem ExplosionsschutzExplosionsgefährdeter Bereich(kurz: Ex-Bereich)Ein Bereich, in dem eine explosionsgefährdeteAtmosphäre in solchen Mengenvorhanden ist oder erwartet werdenkann, dass spezielle Vorkehrungen beider Konstruktion, der Errichtung unddem Einsatz von elektrischen Betriebsmittelnerforderlich sind.Ex-BauteilEin Teil eines elektrischen Betriebsmittelsfür explosionsgefährdete Bereicheoder ein Modul (ausgenommen Ex-Kabel-/Leitungseinführung), gekennzeichnetmit dem Symbol „U“, das in solchenBereichen nicht für sich allein verwendetwerden darf und das einer zusätzlichenBescheinigung beim Einbau in elektrischeBetriebsmittel oder Systeme zur Verwendungin explosionsgefährdeten Bereichenbedarf.„U“-Symbol„U“ ist das Symbol, welches als Ergänzunghinter der Bescheinigungsnummerverwendet wird, um ein Ex- Bauteil zukennzeichnen.„X“-Symbol„X“ ist das Symbol, welches als Ergänzunghinter der Bescheinigung benutztwird, um besondere Bedingungen für diesichere Anwendung zu kennzeichnen.Anmerkung:Die Symbole „X“ und „U“ werden nichtgleichzeitig verwendet.Eigensicherer StromkreisEin Stromkreis, in dem weder ein Funkenoch ein thermischer Effekt eine Zündungeiner bestimmten explosionsfähigenAtmosphäre verursachen kann.Elektrisches BetriebsmittelDie Gesamtheit von Bauteilen, elektrischenStromkreisen oder Teilen vonelektrischen Stromkreisen, die sich üblicherweisein einem einzigen Gehäusebefinden.Eigensicheres elektrischesBetriebsmittelEin Betriebsmittel, in dem alle Stromkreiseeigensicher sind.Zugehöriges BetriebsmittelEin elektrisches Betriebsmittel, dassowohl eigensichere als auch nichteigensichereStromkreise enthält, und so aufgebautist, dass die nicht-eigensicherenStromkreise die eigensicheren nichtbeeinträchtigen können.Anmerkung:Dieses ist auch an den eckigen Klammernund den runden Klammern derKennzeichnung zu erkennen. ZugehörigeBetriebsmittel müssen außerhalb desexplosionsgefährdeten Bereichs montiertwerden, sofern sie nicht einer anderengeeigneten Zündschutzart entsprechen.Einfaches elektrischesBetriebsmittelEin elektrisches Betriebsmittel odereine Kombination von Bauteilen einfacherBauart, mit genau festgelegtenelektrischen Parametern, das (die) dieEigensicherheit des Stromkreises, in demes (sie) eingesetzt werden soll, nichtbeeinträchtigt.Abkürzungen:Anmerkung:Der Index i bedeutet „in“, derIndex o steht für „out“.Ui = Maximale EingangsspannungDie höchste Spannung (Spitzenwert derWechselspannung oder Gleichspannung),die an die Anschlussteile eigensichererStromkreise angelegt werden kann, ohnedie Eigensicherheit zu beeinträchtigen.Das heißt, an diesem eigensicherenStromkreis darf keine höhere Spannungals der Wert des zugehörigen Ui angeschlossenwerden.Es muss auch eine mögliche Spannungsadditionbetrachtet werden.Siehe auch EN 60079-14 Anhang B.Ii = Maximaler EingangsstromDer höchste Strom (Spitzenwert desWechselstroms oder Gleichstroms),der über die Anschlussteile der eigensicherenStromkreise eingespeist werdenkann, ohne die Eigensicherheit aufzuheben.Das heißt, in diesen eigensicherenStromkreis darf kein höherer Strom alsder Wert des zugehörigen Ii eingespeistwerden.Es muss auch hier eine mögliche Stromadditionbetrachtet werden.Siehe auch hier EN 60079-14 Anhang B.Pi = Maximale EingangsleistungDie höchste Eingangsleistung in einemeigensicheren Stromkreis, die innerhalbeines elektrischen Betriebsmittels umgesetztwerden kann, ohne die Eigensicherheitaufzuheben.Das heißt, es darf hier kein eigensichererStromkreis mit höherer Leistung als Piangeschlossen werden.58 Phoenix CONTACTBegriffe und Abkürzungen 3.3

Anmerkung zu Ui, Ii und Pi:In der EG-Baumusterprüfbescheinigungsind oftmals nur ein oder zwei Angabenfür Ui, Ii oder Pi zu finden. Hierdurchsind dann bei den nicht aufgeführtenBegriffen keine Einschränkungen vorhanden,da in diesem Betriebsmittel eineweitere innere Begrenzung bereits vorgenommenwurde.Uo = Maximale AusgangsspannungDie höchste Ausgangsspannung (Spitzenwertder Wechselspannung oder Gleichspannung)in einem eigensicheren Stromkreis,die unter Leerlaufbedingungen anden Anschlussteilen des elektrischenBetriebsmittels bei jeder angelegtenSpannung bis zur maximalen Spannungeinschließlich Um und Ui auftreten kann.Das heißt, Uo ist die höchste Leerlaufspannung,die im Fehlerfall bei dermaximalen Versorgungsspannung an denKlemmen anliegen kann.Io = Maximaler AusgangsstromDer höchste Strom (Spitzenwert desWechselstroms oder Gleichstroms) ineinem eigensicheren Stromkreis, derden Anschlussklemmen des elektrischenBetriebsmittels entnommen werdenkann.Das heißt, Io entspricht dem an denAnschlussklemmen maximal möglichenKurzschlussstrom Ik.Po = Maximale AusgangsleistungDie höchste elektrische Leistung ineinem eigensicheren Stromkreis, die demBetriebsmittel entnommen werden kann.Das heißt, bei einem Sensor oder Aktor,der an diesen eigensicheren Stromkreisangeschlossen wird, muss mit dieserLeistung z.B. bei der Erwärmung oderbei der Belastung in Bezug auf die zugehörigeTemperaturklasse gerechnetwerden.Ci = Maximale innere KapazitätAn den Anschlussteilen wirksame Ersatzkapazitätfür die internen Kapazitätendes Betriebsmittels.Li =Maximale innere InduktivitätAn den Anschlussteilen wirksame Ersatzinduktivitätfür die internen Induktivitätendes Betriebsmittels.Co = Maximale äußere KapazitätDer höchste Wert der Kapazität ineinem eigensicheren Stromkreis, deran die Anschlussteile des elektrischenBetriebsmittels angeschlossen werdenkann, ohne die Eigensicherheit aufzuheben.Das heißt, dieses ist der Wert, denmaximal alle außerhalb des Betriebsmittelswirkenden Kapazitäten erreichendürfen. Die äußeren Kapazitäten setzensich aus den Kabel- bzw. Leitungskapazitätenund den inneren Kapazitäten derangeschlossenen Betriebsmittel zusammen.Der Wert von Co ist bei einerlinearen ohmschen Strombegrenzungabhängig von Uo. Siehe auch EN 60079-11, Anhang A, Tabelle A2 und Bild A2und A3.Lo = Maximale äußere InduktivitätDer höchste Wert der Induktivität ineinem eigensicheren Stromkreis, der anAnschlussteile des elektrischen Betriebsmittelsangeschlossen werden kann, ohnedie Eigensicherheit aufzuheben.Das heißt, dieses ist der Wert, den alleaußerhalb des Betriebsmittels wirkendenInduktivitäten in Summe maximalerreichen dürfen. Die äußeren Induktivitätensetzen sich aus den Kabel- bzw.Leitungsinduktivitäten und den innerenInduktivitäten der angeschlossenenBetriebsmittel zusammen.Bei einer linearen ohmschen Strombegrenzungist Lo abhängig von Io. Sieheauch EN 60079-11, Anhang A, Bild A4,A5, A6.Cc = Kabel- bzw. LeitungskapazitätEigenkapazität eines Kabels oder einerLeitung. Sie ist vom Kabel oder der Leitungabhängig. Sie liegt im allgemeinenzwischen 140 nF/km und 200 nF/km.Lc = Kabel- bzw. LeitungsinduktivitätEigeninduktivität eines Kabels oder einerLeitung. Sie ist vom Kabel oder der Leitungabhängig und liegt im allgemeinenzwischen 0,8 mH/km und 1 mH/km.Um = Maximaler Effektivwert derWechselspannung oder maximaleGleichspannungDie höchste Spannung, die an dienichteigensicheren Anschlussteile derzugehörigen Betriebsmittel angeschlossenwerden kann, ohne die Eigensicherheitzu beeinträchtigen. Der Wertvon Um kann an den Anschlüssen einesGerätes unterschiedlich sein, sowie fürWechsel- und Gleichspannung.Das heißt, es kann z.B. bei der Versorgungsspannungein Um = 250 V angegebensein und beim Ausgang eineUm = 60 V. Gemäß EN 60070-14, Absatz12.2.1 2. ist ebenfalls darauf zu achten,dass die Betriebsmittel, die an nichteigensichereAnschlussklemmen eineszugehörigen Betriebsmittel angeschlossensind, nicht mit einer Speisespannungversorgt werden, die größer ist als dieauf dem Typschild des zugehörigenBetriebsmittels angegebene Um. Diesesbedeutet für das obige Beispiel:An die Versorgungsspannung des zugehörigenBetriebsmittels darf ein weiteresBetriebsmittel mit einer Speisespannungvon bis zu 250 V angeschlossen sein. Anden Ausgang des zugehörigen Betriebsmittelsdarf nur ein Betriebsmittel miteiner Speisespannung von bis zu 60 Vangeschlossen werden.In = SicherungsbemessungsstromDer Bemessungsstrom einer Sicherungnach EN 60127 oder nach Angabe desHerstellers. Dieses ist der Nennstrom,der bei einer Sicherung angegeben ist.Ta bzw. Tamb = UmgebungstemperaturDie Umgebungstemperatur Ta oderTamb muss auf dem Typschild angegebenwerden und in der Bescheinigungfestgelegt sein, wenn sie außerhalb desBereichs von -20°C und + 40°C liegt.Andernfalls wird die Bescheinigungsnummerum das Symbol „X“ ergänzt.3.3 Begriffe und Abkürzungen Phoenix CONTACT 59

Weitere Informationen zu den vorgestelltenProdukten und der Lösungswelt vonPhoenix Contact finden Sie unterwww.phoenixcontact.net/catalogIndustrielle Verbindungstechnik,Markierungssysteme und MontagematerialCliplineAnschlusstechnik fürFeldgeräte und FeldverkabelungPlusconOder sprechen Sie uns direkt an!Geräteanschlusstechnikund ElektronikgehäuseCombiconPHOENIX CONTACT GmbH & Co. KGFlachsmarktstraße 832825 Blomberg, DeutschlandTel.: +49 (0) 52 35 3-00Fax: +49 (0) 52 35 3-4 12 00E-Mail: info@phoenixcontact.comwww.phoenixcontact.comKomponenten und SystemeAutomationNetz- und Signal-QualitätTrabtechSignalkonverter, Schaltgeräte,StromversorgungenInterfaceMNR 52006393/25.10.2010-02 Printed in Germany © Phoenix Contact 2010