Was versteht man unter Eigensicherheit?
Bei der Eigensicherheit handelt es sich um eine Zündschutzart, die auf elektrische Geräte angewendet werden kann, die in Gefahrenbereichen mit explosiven Gasen oder Staub installiert sind. Dieses Verfahren gewährleistet, dass die Geräte in diesen Umgebungen sicher betrieben werden können.
Bei der Eigensicherheit handelt es sich um eine Zündschutzart, die auf elektrische Geräte angewendet werden kann, die in Gefahrenbereichen mit explosiven Gasen oder Staub installiert sind. Dieses Verfahren gewährleistet, dass die Geräte in diesen Umgebungen sicher betrieben werden können.
Wo wird Eigensicherheit benötigt?
Explosionsfähige Atmosphären, die brennbare Gase, Dämpfe, brennbaren Staub oder Flugfasern enthalten, finden sich in der Regel in Industrien, wie Öl & Gas, Chemie, Lebensmittel & Getränke und Pharmazeutik. Bei unsachgemäßer Handhabung bergen diese Bedingungen ein Brand- und Explosionsrisiko.
Um ihre Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter besser schützen zu können, müssen Unternehmen ihre Betriebsabläufe unter die Lupe nehmen und die Situationen ermitteln, in denen Explosionsgefahr besteht, und entsprechende Maßnahmen zur Unfallverhütung ergreifen. Die Europäische Union (EU) hat Richtlinien und Normen für die Sicherheit am Arbeitsplatz und für Geräte festgelegt, die in explosionsfähigen Atmosphären zum Einsatz kommen.
Die „ATEX-Betriebsrichtlinie“ 1999/92/EG legt die Mindestanforderungen zur Verbesserung der Arbeitssicherheit in explosionsfähigen Atmosphären fest, darunter die folgenden:
- Vermeidung explosionsfähiger Atmosphären und Vermeidung von Zündquellen
- Analyse von Wahrscheinlichkeit und Dauer des Auftretens einer explosionsfähigen Atmosphäre und Einteilung der jeweiligen Bereiche in Zonen
- Angemessene Beschilderung von explosionsgefährdeten Bereichen
- Umfangreiche Schulungen für Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
- Verwendung von Ex-zertifizierten Geräten
Die „ATEX-Geräterichtlinie“ 2014/34/EU gilt für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen und legt die wesentlichen Sicherheitsanforderungen und Konformitätsbewertungsverfahren fest.
In Gefahrenbereichen ist der Einsatz von elektrischen Anlagen und Geräten oftmals notwendig. Die Normenreihe IEC/EN60079 etabliert die Anforderungen für Konstruktion, Auswahl und Installation von elektrischen Geräten in diesen Bereichen. Die Geräte werden basierend auf den Gefahrenbereichen und den Explosionsschutzarten zertifiziert und mit einer entsprechenden Ex-Markierung versehen.
Gefahrenbereiche werden in Abhängigkeit von der Häufigkeit eines Auftretens von explosionsfähigen Atmosphären klassifiziert:
- Zone 0 (Gas), 20 (Staub): Explosionsfähige Atmosphäre durchgehend oder häufig vorhanden.
- Zone 1 (Gas), 21 (Staub): Explosionsfähige Atmosphäre gelegentlich vorhanden.
- Zone 2 (Gas), 22 (Staub): Explosionsfähige Atmosphäre in der Regel nicht vorhanden.
Schutzarten für Geräte
Es gibt unterschiedliche Schutzverfahren für Geräte, zum Beispiel:
- Ex d – Geräteschutz durch druckfeste Kapselung, IEC/EN 60079-1: Bei diesem Verfahren wird die Explosion durch eine Kapselung unterbunden, um die Ausbreitung von Flammen einzudämmen, die das in der Umgebungsluft enthaltene Gas entzünden könnten. Dieses Verfahren ist auch unter dem Namen „Ex d”-Schutz bekannt.
- Ex e – Geräteschutz durch erhöhte Sicherheit IEC/EN 60079-7: Durch das „Ex e“-Verfahren wird sichergestellt, dass elektrische Geräte weder unter normalen noch unter Ausfallbedingungen Funken erzeugen, und dass sich ihre Oberflächentemperatur stets in einem sicheren Rahmen bewegt.
- Ex i – Geräteschutz durch Eigensicherheit IEC/EN 60079-11: Das „Ex i“-Verfahren begrenzt Strom, Spannung und gespeicherte Energie innerhalb eines Stromkreises, um der Zündung einer explosionsfähigen Atmosphäre vorzubeugen. In Abhängigkeit von der jeweiligen Gefahrenzone gibt es drei Unterkategorien: Ex ia, Ex ib und Ex ic.
Ex ia – für Anwendungen in der Zone 0/20
Ex ib – für Anwendungen in der Zone 1/21
Ex ic – für Anwendungen in der Zone 2/22
Was versteht man unter einem eigensicheren Stromkreis?
Die Eigensicherheit unterscheidet sich von anderen Schutzverfahren, da in diesem Fall alle in einem Stromkreis befindlichen Geräte berücksichtigt und eine Berechnung für das jeweilige Ex-Gerät durchgeführt werden muss, um die erforderliche Kompatibilität und annehmbare elektrische Eigenschaften zu gewährleisten.
Ein einfacher eigensicherer Stromkreis umfasst einfache und/oder eigensichere Geräte in einem Gefahrenbereich, die mit einem zugehörigen Betriebsmittel in einem sicheren Bereich eigensicher verdrahtet sind.
Was ist ein einfaches Gerät?
Bei einfachen Geräten handelt es sich im Allgemeinen um Elektrokomponenten mit genau festgelegten elektrischen Eigenschaften, die mit der Eigensicherheit des Stromkreises kompatibel sind. Sie erzeugen oder speichern in der Regel nicht mehr als 1,5 Volt, 0,1 A, 25 mW oder 20 µJ und verfügen häufig über Geräte, wie WTH, Thermoelemente, Potentiometer und Schalter. Ein einfaches Gerät benötigt in der Regel keine Zertifizierung.
Was ist ein eigensicheres Gerät?
Eigensichere Geräte, wie beispielsweise Temperaturmessumformer, Magnetventile und I/P-Wandler, sind für den Einsatz in Gefahrenbereichen ausgelegt und müssen ihrer Energiespeicherfähigkeit entsprechend zertifiziert sein. Die Zertifizierung umfasst eine Klassifizierung des Gefahrenbereichs sowie bestimmte Geräteparameter für Spannung, Strom und Strombegrenzung, die für die Berechnung von Ex-Schleifen wesentlich sind.
Was ist ein zugehöriges Betriebsmittel?
Eigensichere Schleifen sorgen dafür, dass elektrische oder Wärmeenergie keine Explosionen in Gefahrenbereichen verursacht; dazu benötigen sie eine sichere Schnittstelle zwischen den Geräten sowohl im sicheren als auch im Gefahrenbereich. Zu diesem Zweck werden in der Regel eigensichere Barrieren, oft auch als „Zenerbarrieren“ oder „eigensichere galvanische Trennvorrichtungen“ bezeichnet, eingesetzt.
Bei den zugehörigen Betriebsmitteln handelt es sich im Wesentlichen um elektrische Geräte, die strategisch in einem nicht explosionsgefährdeten Bereich einer Industrieanlage platziert sind. Ihre Hauptaufgabe besteht in der Regulierung und Eindämmung der Energieübertragung vom sicheren in den explosionsgefährdeten Bereich. Noch wichtiger ist allerdings, dass sie darauf ausgelegt sind, unter allen Ausfallbedingungen sicherzustellen, dass die von Geräten unter diesen Umständen abgegebene Energie nicht zur Entzündung einer explosionsfähigen Atmosphäre ausreicht.
Ex-Geräteparameter und Schleifenberechnung
Die sichere Ausführung von eigensicheren Stromkreisen erfolgt in Abhängigkeit der Berechnung einer „Ex-Schleife“. Bestimmte Geräteparameter werden für jede Komponente und jedes Gerät verglichen, um zu gewährleisten, dass sie miteinander kompatibel sind. Anschließend wird die maximale Kabellänge durch eine Berechnung basierend auf Kapazitäts- und Induktionswerten ermittelt.
Die folgende Tabelle enthält die typischen Geräteparameter für jede Komponente in der Schleife.
Zur Überprüfung der Kompatibilität vergleichen wir die Werte der zugehörigen Betriebsmittel mit denen der eigensicheren Vorrichtungen. Dann wird eine Berechnung durchgeführt, um auf der Grundlage der jeweiligen Kapazitäts- und Induktionswerte die maximale Kabellänge zu ermitteln.
Die Anforderungen für eine eigensichere (Ex-)Schleife sind die folgenden:
Vorteile der Eigensicherheit
Die Eigensicherheit vereint gleich mehrere Vorteile:
- Einfachere Wartung, während der Betrieb fortgesetzt werden kann
- Geringere Kosten im Vergleich zu explosionssicheren Kapselungen und zugehörigen Komponenten
- Fehlertolerante Konstruktionen
- Anwendbar auf alle Gas- und Staubzonen
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