Explosionsschutz und Eigensicherheit - Pepperl+Fuchs

Ausgabe 220716 06/2012
Technologie
Übersicht über
Explosionsschutz und
Eigensicherheit
Explosionsgefährdete Bereiche und
Zündschutzarten
Einleitung
Dieses Dokument behandelt die physikalischen
Funktionsprinzipien und Grundlagen des Explosionsschutzes
sowie die rechtliche Situation des 2-Divisions-Modells
(Nordamerika) und des 3-Zonen-Modells (Europa und
IEC-Länder) von Bereichen, die als explosionsgefährdet
eingestuft sind. Unabhängig von der geographischen Lage
sind die physikalischen Prinzipien des Explosionsschutzes
identisch. Was den Unterschied zwischen den einzelnen
Ländern ausmacht, sind nationale Abweichungen und unterschiedliche
Vorschriften in Bezug auf die Zündschutzarten.
Generell lässt sich zwischen einem IEC-Konzept und einem
nordamerikanischen Konzept unterscheiden.
Nach dem zweiten Weltkrieg entstanden aufgrund des steigenden
Bedarfs an Öl und Ölderivaten unzählige Anlagen
zur Gewinnung, Raffinierung und Verarbeitung dieser für die
technische und industrielle Entwicklung benötigten chemischen
Substanzen.
Für den Umgang mit gefährlichen Stoffen, die durch einen
elektrischen Funken oder eine heiße Oberfläche zur
Explosion gebracht oder in Brand gesetzt werden konnten,
wurden spezielle Geräte zum Einsatz in explosionsgefährdeten
Bereichen entwickelt. Außerdem musste verhindert
werden, dass Signale aus explosionsgefährdeten Bereichen
zum Entstehen der für die Entzündung und Ausbreitung einer
Explosion notwendigen Bedingungen beitragen.
Da der Energiebedarf dieser Geräte so hoch war, dass eine
Energiebegrenzung in den explosionsgefährdeten Bereichen
nicht nur äußerst schwer, sondern oftmals sogar unmöglich
war, konnten elektrische Geräte aufgrund des hohen
Explosions- und Brandrisikos nur eingeschränkt eingesetzt
werden. Aus diesem Grund wurden die als gefährlich
eingestuften Prozessbereiche über pneumatische Geräte
gesteuert.
Die Einführung von Halbleitergeräten (dies waren
zunächst Transistoren, später integrierte Schaltungen)
sowie die Verringerung der Arbeitsspannungen und des
Energiebedarfs ermöglichte eine leichtere Umsetzung der so
genannten Eigensicherheit, einer Zündschutzart, die auf dem
Prinzip der Energiebegrenzung bei der Verwendung elektronischer
Instrumentierung in explosionsgefährdeten Bereichen
beruht. Die Eigensicherheit stellte eine wirtschaftliche und
effiziente Problemlösung dar.
Diese Publikation hat folgende Ziele:
• Erläutern der Prinzipien, auf denen die Zündschutzarten
bei Explosionsgefahr beruhen
• Darstellen der Eigensicherheit und ihrer Anwendung bei
Problemen, die während der Entwicklung, Montage und
Wartung auftreten können
Explosionsschutz und Eigensicherheit
Einführung in die Eigensicherheit
Im Jahr 1913 kostete eine Methangasexplosion in einem
englischen Kohlebergwerk viele Menschenleben. Die
zuständige Untersuchungskommission hatte zu klären, ob
die Explosion durch das Niederspannungs-Signalsystem
ausgelöst wurde, mit dem den Arbeitern an der Oberfläche
mitgeteilt wurde, dass die Kohlewagen gefüllt und abholbereit
waren.
Das aus Batterien und einer Klingel bestehende
Signalsystem wurde durch einen gewollten Kurzschluss aktiviert,
welcher bei Bedarf von Hand mit einem Metallwerkzeug
ausgelöst wurde.
Zwei blanke Leitungen führten durch den Stollen
(Abbildung 1). Das System galt bisher als sicher, da die niedrige
Spannung und die geringe Stromstärke innerhalb der
anerkannten Sicherheitsparameter lagen.
Die Untersuchung deckte auf, dass ein weiterer wichtiger
Sicherheitsfaktor eines solchen Stromkreises, die
Begrenzung der in ihm gespeicherten Energie, nicht gegeben
war. Die in der Klingelspule und in den Verdrahtungswegen
gespeicherte induktive Energie reichte aus, um einen Funken
zu erzeugen, der das gefährliche Luft-/Gasgemisch entzünden
und damit die verheerende Explosion auslösen konnte.
Die Zündschutzart Eigensicherheit war geboren.
Das elektrische Betriebsmittel und seine zugehörigen
Stromkreise mussten nun so ausgeführt werden, dass weder
bei Normalbetrieb der Anlage noch bei Fehlerbedingungen
Lichtbögen, Funken oder thermische Effekte entstehen,
durch die explosionsfähige Gemische entzündet werden
können.
Explosionsgefährdeter
Bereich
Sirene
Batterie
Abbildung 1 Dieses für sicher gehaltene Bergbausignalsystem löste eine
Explosion aus
Die erste Bestimmung zum Prüfen und Zertifizieren
von Signalsystemen für den Bergbau wurden erlassen.
In der folgenden Zeit wurden die Untersuchungen der
Zündvorgänge auch auf Wechselstromkreise (AC) und andere
gefährliche Gasgemische ausgeweitet.
Das Eigensicherheitskonzept wurde dann auch im Tagebau
angewendet, da dort explosionsfähige Atmosphären, z. B.
Wasserstoff oder Azetylen enthaltende Atmosphären, noch
leichter entzündlich sind als das in Kohlebergwerken vorkommende
Methan.
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