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Allgemeine Grundlagen des Explosionsschutzes

Technische Grundlagen
Zündschutzarten
Explosionsgruppen und Temperaturklassen

Technische Grundlagen

Begriffsbestimmungen
Elektrische Anlagen im Sinne der ElexV sind einzelne oder zusammengeschaltete Betriebsmittel, die elektrische Energie erzeugen, umwandeln, speichern, fortleiten, verteilen, messen, steuern oder verbrauchen.

Explosionsgefährdete Räume im Sinne der ElexV sind Bereiche, in denen auf Grund der örtlichen und betrieblichen Verhältnisse explosionsfähige Atmosphäre in gefahrdrohender Menge (gefährliche explosionsfähige Atmosphäre) auftreten kann. Explosionsfähige Atmosphäre im Sinne dieser Verordnung ist ein aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben bestehendes Gemisch unter atmosphärischen Bedingungen, in dem sich eine Verbrennung nach Zündung von der Zündquelle aus selbständig fortpflanzt (Explosion). Explosionsgefährdete Räume werden nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen eingeteilt. Zoneneinteilung Bei der Beurteilung der Explosionsgefahr, d.h. bei Festlegung explosionsgefährdeter Bereiche, sind die "Richtlinien für die Vermeidung der Gefahren durch explosionsfähige Atmosphäre mit Beispielsammlung (ExRL)" der Berufsgenossenschaft Chemie zu berücksichtigen. Sofern es sich um Sonderfälle handelt, oder Zweifel über die Festlegung explosionsgefährdeter Bereiche bestehen, entscheiden die Aufsichtsbehörden (Gewerbeaufsichtsamt, .ggf. unter Mitwirkung von Berufsgenossenschaft oder Technischem Überwachungsverein). Bestehen bei der Einteilung in Zonen Zweifel, so muß sich in dem gesamten explosionsgefährdeten Bereich der Umfang der Schutzmaßnahmen nach er jeweils höchstmöglichen Wahrscheinlichkeit es Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre richten. In den Zonen 0 und 1 dürfen nur elektrische Betriebsmittel verwendet werden, für die eine Baumusterprüfbescheinigung einer anerkannten Prüfelle vorliegt. In Zone 0 jedoch nur solche, die hierfür ausdrücklich zugelassen sind. In Zone 2 dürfen die für den Einsatz in den Zonen 0 und zugelassenen Betriebsmittel ebenfalls verwendet erden. Außerdem können in Zone 2 elektrische Betriebsmittel eingesetzt werden, die den Anforderungen in VDE 0165/9.83, Abschn. 6.3 entsprechen. Zoneneinteilung für Bereiche, die durch brennbare Gase, Dämpfe oder Nebel explosionsgefährdet sind: Zone 0 umfaßt Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre ständig oder langzeitig vorhanden ist. Hierzu gehört in der Regel nur das Innere von Behältern oder das Innere von Apparaturen (Verdampfern, Reaktionsgefäßen usw.), wenn die Bedingungen der Definition der Zone 0 erfüllt sind. (gem. Ex-RL) Zone 1 umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich auftritt. Hierzu können u.a. gehören die nähere Umgebung der Zone 0, die nähere Umgebung von Beschickungsöffnungen, der nähere Bereich um Füll- und Entleerungseinrichtungen, der nähere Bereich um leicht zerbrechliche Apparaturen oder Leitungen aus Glas, Keramik und dgl., der nähere Bereich um nicht ausreichend dichtende Stopfbuchsen, z.B. an Pumpen und Schiebern,. das Innere von Apparaturen wie Verdampfern, Reaktionsgefäßen. (gem. Ex-RL) Zone 2 umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gefährliche explosionsfähige Atmosphäre nur selten und dann auch nur kurzzeitig auftritt. Hierzu können u.a. gehören Bereiche, welche die Zonen 0 oder 1 umgeben oder Bereiche um Flanschverbindungen mit Flachdichtungen üblicher Bauart bei Rohrleitungen in geschlossenen Räumen. Räume, in denen brennbare Stoffe nur in Rohrleitungen mit geschweißten oder hartgelöteten Verbindungen gefördert werden, sind keine explosionsgefährdeten Bereiche. (gem. Ex-RL) Zoneneinteilung für Bereiche, die durch brennbare Stäube explosionsgefährdet sind: Zone 10 umfaßt Bereiche, in denen gefährliche explosionsfähige Atmosphäre langzeitig oder häufig vorhanden ist. Hierzu gehört in der Regel nur das Innere von Apparaturen (Mühlen, Trockner, Mischer, Förderleitungen, Silos usw.), wenn langzeitig oder häufig Staub explosionsfähige Gemische in gefahrdrohender Menge bilden kann. (gem. Ex-RL) Zone 11 umfaßt Bereiche, in denen damit zu rechnen ist, daß gelegentlich durch Aufwirbeln abgelagerten Staubes gefährliche explosionsfähige Atmosphäre kurzzeitig auftritt. Hierzu können u.a. gehören: Bereiche in der Umgebung Staub enthaltender Apparaturen, wenn Staub aus Undichtheiten austreten kann und sich Staubablagerung in gefahrdrohender Menge bilden kann (z.B. Mühlenräume, in denen Staub aus den Mühlen austreten und sich ablagern kann). (gem. Ex-RL) Zoneneinteilung für medizinisch genutzte Räume: Zone G, auch als "umschlossene medizinische Gas-Systeme" bezeichnet, umfaßt – nicht unbedingt allseitig umschlossene – Hohlräume, in denen dauernd oder zeitweise explosionsfähige Gemische (ausgenommen explosionsfähige Atmosphäre) in geringen Mengen erzeugt, geführt oder angewendet werden. Zone M, auch als "medizinische Umgebung" bezeichnet, umfaßt den Teil eines Raumes, in dem explosionsfähige Atmosphäre durch Anwendung von Analgesiemitteln oder medizinischen Hautreinigungs- oder Desinfektionsmitteln nur in geringen Mengen und nur für kurze Zeit auftreten kann.

Zündschutzarten

Das Grundprinzip des Explosionsschutzes ist auf der ganzen Welt gleich. Es besteht darin, das gleichzeitige Auftreten von brennbaren Stoffen (Gas, Dampf, Nebel oder Staub)in gefahrdrohender Menge Luft (und Sauerstoff) und Zündquellen zu vermeiden. In Bereichen, in denen die Entstehung explosionsfähiger Gemische aus brennbaren Stoffen und Luft durch Maßnahmen des primären Explosionsschutzes nicht verhindert werden kann, sind besondere Maßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen erforderlich. Für die gesamte elektrische Ausrüstung in explosionsgefährdeten Bereichen gelten daher besondere Bau- und Errichtungsbestimmungen. Nach den Baubestimmungen DIN VDE 0170/0171 Teil 1, EN 50 014 ist die Herstellung elektrischer explosionsgeschützter Betriebsmittel in verschiedenen Zündschutzarten zulässig. Die nachstehende Tabelle gibt einen Überblick über die nach Europäischen Normen zugelassenen Zündschutzarten und beschreibt das Grundprinzip sowie die üblichen Anwendungsfälle.

Zündschutzart nach IEC bzw. EN	Grundprinzip	Schematische Darstellung	Anwendungen
Druckfeste Kapselung -d	Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, sind in ein Gehäuse eingeschlossen, das bei der Explosion eines explosionsfähigen Gemisches im Innern deren Druck aushält und eine Übertragung der Explosion auf die das Gehäuse umgebende Atmosphäre verhindert.		Schaltgeräte, Befehls- und Anzeigegeräte, Steuerungen, Motoren, Transformatoren, Leuchten und andere funkenerzeugende Teile
Erhöhte Sicherheit -e	Hier sind Maßnahmen getroffen, um mit einem erhöhten Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher Temperaturen und das Entstehen von Funken und Lichtbögen im Innern oder an äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, zu verhindern.		Klemmen- und Anschlußkästen, Steuerkästen zum Einbau von Ex-Bauteilen (die in einer anderen Zündschutzart geschützt sind), Käfigläufermotoren, Leuchten
Überdruckkapselung -p	Das Eindringen einer explosionsfähigen Atmosphäre in das Gehäuse von elektrischen Betriebsmitteln wird dadurch verhindert, daß im Gehäuseinneren ein Zündschutzgas (Luft, inertes oder anderes geeignetes Gas) unter Überdruck gegenüber der umgeben den Atmosphäre gehalten wird. Der Überdruck wird mit oder ohne laufender Zündschutzgasdurchspülung aufrechterhalten.		wie oben, aber besonders für große Geräte und ganze Räume
Eigensicherheit -i	Die im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzten Betriebsmittel enthalten nur eigensichere Stromkreise. Ein Stromkreis ist eigensicher, wenn kein Funke und kein thermischer Effekt, die unter festgelegten Prüfungsbedingungen (welche den normalen Betrieb und bestimmte Fehlerbedingungen umfassen) auftreten, die Zündung einer bestimmten explosionsfähigen Atmosphäre verursachen kann.		Meß- und Regeltechnik, Kommunikationstechnik
Vergußkapselung -m	Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können, werden so in eine gegenüber Umgebungseinflüssen genügend widerstandsfähige Vergußmasse eingebettet, daß diese explosionsfähige Atmosphäre weder durch Funken noch durch Erhitzung, die innerhalb der Vergußkapselung entstehen können, gezündet werden kann.		Schaltgeräte für kleine Leistungen, Befehls- und Meldegeräte, Anzeigegeräte, Sensoren

Einteilung elektrischer Betriebsmittel in Explosionsgruppen und Temperaturklassen

Es wäre unwirtschaftlich und manchmal auch gar nicht möglich, alle explosionsgeschützten elektrischen Betriebsmittel unabhängig von der jeweiligen Anwendung stets nach Maximalanforderungen auszulegen. Deshalb werden sie in Gruppen und Temperaturklassen eingeteilt.

Die Europäischen Normen unterscheiden – wie auch die IEC-Empfehlungen – zunächst zwei Gruppen von Betriebsmitteln:

• Gruppe I: Elektrische Betriebsmittel für schlagwettergefährdete Grubenbaue.
• Gruppe II: Elektrische Betriebsmittel für alle übrigen explosionsgefährdeten Bereiche.

Für elektrische Betriebsmittel der Gruppe II kann eine weitere Unterteilung in Explosionsgruppen und Temperaturklassen erfolgen. Dies soll im folgenden erläutert werden.

Explosionsgruppen

Die Zündfähigkeit und das Zünddurchschlagsvermögen eines explosionsfähigen Gemisches ist eine stofftypische Eigenschaft. Die Anforderungen beim Bau explosionsgeschützter elektrischer Betriebs- mittel können daher in Abhängigkeit von den im vorgesehenen Einsatzbereich vorhandenen Gasen oder Dämpfen abgestuft werden. Dies betrifft zum einen die bei der druckfesten Kapselung erforderlichen Spaltabmessungen. Ebenso sind die in eigensicheren Stromkreisen maximal zulässigen Strom- und Spannungswerte für jedes Gasgemisch unterschiedlich.

Man unterteilt deshalb die Gase und Dämpfe in mehrere Explosionsgruppen. Einteilungskriterien sind die Grenzspaltweite bzw. der Mindestzündstrom, die für verschiedene Gase mittels einer festgelegten Versuchsanordnung ermittelt werden. Entsprechend wird auf den elektrischen Betriebsmitteln angegeben, für welche Explosionsgruppe sie ausgelegt sind.

Die Gefährlichkeit der Gase nimmt von Explosionsgruppe II A nach II C zu. Entsprechend steigen die Anforderungen an elektrische Betriebsmittel für diese Explosionsgruppen. Selbstverständlich sind deshalb z.B. elektrische Betriebsmittel, die für II C zugelassen sind, auch für alle anderen Explosionsgruppen verwendbar.

Temperaturklassen

Ebenfalls von der Art der auftretenden Gase oder Dämpfe abhängig ist die Zündtemperatur, d.h. die Temperatur, bei der eine Wärmezündung z.B. durch eine heiße Oberfläche eines Betriebsmittels erfolgen kann. Diese Zündtemperatur wird von mehreren Faktoren beeinflußt und ist damit von der Versuchsanordnung abhängig. Weitere Informationen zu nicht aufgeführten Stoffen können den angegebenen Richtlinien bzw. Literaturstellen entnommen werden.

Die maximale Oberflächentemperatur eines elektrischen Betriebsmittels muß stets kleiner sein als die Zündtemperatur des Gas- bzw. Dampfgemisches, in dem es verwendet wird.

Um elektrische Betriebsmittel hinsichtlich ihrer maximalen Oberflächentemperatur in einfacher Weise kennzeichnen und auswählen zu können, werden mehrere Temperaturklassen unterschieden. Entsprechend kann man die Gase nach ihrer Zündtemperatur diesen Temperaturklassen zuordnen, wobei die maximale Oberflächentemperatur der jeweiligen Klasse die Zündtemperatur der zugehörigen Gase nicht erreichen darf. Selbstverständlich sind Betriebsmittel, die einer höheren Temperaturklasse entsprechen (z.B. T5) auch für Anwendungen, bei denen eine niedrigere Temperaturklasse gefordert ist (z.B. T2 oder T3), zulässig.

Auszug Sicherheitstechnischer Kennzahlen brennbarer Gase und Dämpfe

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