Richtlinien, Zündschutzarten und Zoneneinteilung Komponenten für explosionsgefährdete Bereiche

Jede Produktionsanlage, Steuerung und Fertigungseinrichtung benötigt für ihre Funktion Energie, sei es zum Antrieb von Motoren, zum Erwärmen von Stoffen, zur Steuerung von Ventilen oder zur Bereitstellung eines elektrischen Feldes im Abgasreinigungsfilter. Neben dem eigentlichen Leistungsteil spielen auch die unzähligen Steuerungssignale mit ihren Daten- und Messwerten eine Rolle für den reibungslosen Energiefluss im Gesamtsystem. Sie werden mithilfe unterschiedlichster Leitungen vom Messpunkt zur Signalverarbeitungsstelle geführt, um dort fachgerecht in einem Gehäuse, Steuerpult oder Motoranschlusskasten zu enden. Am Übergang zwischen Umwelt und Gehäusewand kommt die Kabelverschraubung zum Einsatz. Sie schützt nicht nur die Leitung an dieser sensiblen Stelle, sondern erfüllt weitere wichtige Aufgaben wie die Zugentlastung, den Biegeschutz oder die EMV-Kontaktierung. Aufgrund ihrer Dichtwirkung ist sie primär für den Explosionsschutz (Ex-Schutz) der gesamten Anlage verantwortlich. Am Beispiel der Kabelverschraubung lässt sich daher gut erläutern, welche Anforderungen an elektrische Komponenten beim Einsatz in gasexplosionsgefährdeten Bereichen gestellt werden, welche aktuellen Normen dafür gelten und welche Vorschriften einzuhalten sind. Die Grundlage: Atex-Richtlinie 94/9 EG (Atex 95) Nicht nur für die Kabelverschraubung, sondern für alle elektrischen Betriebsmittel gilt die Atex-Richtlinie 94/9 EG (Atex 95). Sie leistet eine Angleichung der Rechtsvorschriften der EG-Mitgliedsstaaten für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen. Die Richtlinie legt zudem die Beschaffenheit von explosionsgeschützten Geräten fest. Zwei wichtige Bestandteile der Atex-Richtlinie für die Markteinführung von Ex-Kabelverschraubungen sind in der Regel die EG-Baumusterprüfbescheinigung und die QS-Anerkennung. Beide Zertifikate werden von akkreditierten Prüfstellen nach erfolgreich absolvierten Prüfungen ausgestellt. Grundsätzlich gibt es jedoch – je nach Produktkategorie – verschiedene Möglichkeiten, Ex-Produkte auf den Markt zu bringen. CE-Zeichen als Garantie Die QS-Anerkennung bescheinigt eine geprüfte und überwachte Produktion. Sie stellt sicher, dass die in Verkehr gebrachten Produkte mit den Prüfmustern der EG-Baumusterprüfbescheinigung übereinstimmen. Firmen, die über ein zertifiziertes QM-System nach ISO 9001:2000 verfügen, müssen ein zusätzliches Ex-Audit durchführen. Ihm folgen in periodischen Abständen Wiederholungs-Audits. Auf Grundlage der EG-Baumusterprüfbescheinigung und der QS-Anerkennung – oder alternativer Dokumente und Prüfbescheinigungen – können die Hersteller in eigener Verantwortung eine CE-Konformitätserklärung erstellen. Diese soll dem Anwender eines elektrischen Geräts garantieren, dass dessen Hersteller die geltenden Normen und Vorschriften eingehalten hat. Sichtbar wird diese Zusage durch das CE-Zeichen, das die Hersteller auf den Produkten selbst oder auf deren kleinsten Verpackungseinheiten anbringen. Nicht nur Kabelverschraubungen, sondern auch Verschlussschrauben, Reduktionen, Erweiterungen und Adapter für den explosionsgefährdeten Bereich müssen über eine derartige CE-Kennzeichnung verfügen. Zündschutzarten und Zuordnung Damit eine Explosion stattfinden kann, muss eine Zündung erfolgen. Wird diese enorm erschwert oder sogar verhindert, verringert sich die Explosionsgefahr deutlich. Die Maßnahmen, die bei der Produktion von elektrischen Betriebsmitteln ergriffen wurden, um die Zündung der umgebenden explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern, nennt man Zündschutzarten. In den europäischen Normen sind verschiedene Zündschutzarten beschrieben, die einzeln oder in Kombination angewandt werden können. Besonders gebräuchlich im Bereich der Kabelverschraubungen sind: – erhöhte Sicherheit \’e\‘ EN60079-7, – druckfeste Kapselung \’d\‘ EN60079-1 sowie – Eigensicherheit \’i\‘ EN60079-11. Die Zündschutzart \’d\‘ (druckfest gekapselt), erfährt eine weitere Unterteilung in die Explosionsgruppen IIA, IIB und IIC, welche die Gase nach ihrer Entzündbarkeit klassifizieren. Dabei umfasst die Kategorie IIC die am leichtesten entzündbaren Gase wie z.B. Wasserstoff. Darüber hinaus sind weitere Zündschutzarten genormt, welche aber von untergeordneter Bedeutung sind und für Kabelverschraubungen selten verwendet werden. Dies sind die Klassen: – Ölkapselung \’o\‘ EN60079-6, – Überdruckkapselung \’p\‘ EN60079-2, – Sandkapselung \’q\‘ EN60079-5, – Vergusskapselung \’m\‘ EN60079-18 sowie – eigensichere Systeme EN60079-25. Gruppen und Gerätekategorien Neben den Zündschutzarten stellt die Einteilung in Gruppen und Gerätekategorien eine weitere Spezifizierung der Betriebsmittel dar. Entsprechend werden Geräte im Bereich des Explosionsschutzes in zwei Gruppen unterteilt: Gruppe I gilt für schlagwettergefährdete Geräte zur Verwendung im Bergbau und für bergbautechnische Anlagen, die durch Grubengase zum potenziellen Gefährdungsbereich werden können. Diese werden hier nicht weiter erfasst. Geräte aus allen anderen Bereichen zählen zur Gruppe II, welche je nach Maß der Sicherheit und Anwendung die Kategorien 1G bis 3G für Gas sowie 1D bis 3D für Staub kennt. Atex 137 regelt Sicherheitsanforderungen an Arbeitsstätten Nicht nur bei elektrischen Geräten muss der Explosionsschutz sichergestellt werden, sondern auch in gefährdeten Arbeitsstätten. Für jede neue Fertigungsanlage oder -stätte muss der Betreiber daher eine Gefährdungsbeurteilung durchführen und die Ergebnisse in einem Explosionsschutzdokument festhalten. Als Grundlage hierfür dient die EU-Richtlinie 99/92EG (Atex 137), welche die Sicherheitsanforderungen für explosionsgefährdete Arbeitsstätten und -bereiche regelt. Die Atex 137, die für Anlagenbetreiber gleich bedeutend ist wie die Atex 95 für Gerätehersteller, beschreibt u.a., wie sich die Bildung von explosionsfähiger Atmosphäre verhindern oder einschränken lässt und wie sich wirksame Zündquellen vermeiden lassen. In der Betriebssicherheitsverordnung von 2002 wurde sie in deutsches Recht umgesetzt. Im Rahmen der Gefährdungsbeurteilung erfolgt auch die Einteilung von explosionsgefährdeten Zonen. Hierzu kann der Betreiber zusätzlich zur Atex 137 verschiedene Teile der EN60079 sowie die Technischen Regeln für Betriebssicherheit TRBS als Entscheidungshilfe heranziehen. Zoneneinteilung von explosionsgefährdeten Bereichen Je nachdem, ob sich nur brennbare Gase und/oder Dämpfe oder auch Stäube in der Luft befinden, unterscheidet man bei der Zoneneinteilung zwischen staubexplosions- und gasexplosionsgefährdeten Bereichen. Unter einem gasexplosionsgefährdeten Bereich versteht man einen Raum, in dem explosionsgefährliche Gemische aus brennbaren Gasen und/oder Dämpfen mit Luft auftreten können. Durch eine Zündung würde ein solches Gemisch im gesamten Raum verbrennen – eine akute Gefahrensituation. In staubexplosionsgefährdeten Bereichen kommen entzündliche Stäube in der Luft vor. Entsprechend unterteilt man explosionsgefährdete Bereiche in Zonen, in denen brennbare Gase/Dämpfe und/oder Stäube vorhanden sind. Je nach Art und Größe des Risikos unterscheidet man die folgenden Klassen: – Zone 0: Ein Bereich, in dem ständig, langzeitig oder häufig eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Gasen oder Dämpfen vorhanden ist. – Zone 1: Ein Bereich, in dem damit zu rechnen ist, dass bei normalem Betrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Gasen oder Dämpfen auftritt. – Zone 2: Ein Bereich, in dem nicht damit zu rechnen ist, dass bei normalem Betrieb eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Gasen oder Dämpfen auftritt, und wenn, dann nur selten und auch nur kurzzeitig. – Zone 20: Ein Bereich, in dem ständig, langzeitig oder häufig eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Stäuben vorhanden ist. – Zone 21: Ein Bereich, in dem damit zu rechnen ist, dass bei normalem Betrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Stäuben auftritt. – Zone 22: Ein Bereich, in dem nicht damit zu rechnen ist, dass bei normalem Betrieb eine explosionsfähige Atmosphäre aus einem Gemisch von Luft mit brennbaren Stäuben auftritt, und wenn, dann nur selten und auch nur kurzzeitig. Zuordnung passender Komponenten wird erleichtert Die Einteilung in Zonen erleichtert die Auswahl passender elektrischer Geräte und hilft bei einer sachgerechten elektrischen Installation, da die Anforderungen der Produktionsstätte genau mit den technischen Daten der einzelnen Komponenten abgeglichen werden können. Auf der Grundlage dieses Abgleichs kann der Installateur schließlich eine fachgerechte Zuordnung der passenden Komponenten vornehmen, z.B. die Auswahl der korrekten Kabelverschraubung. Spezialisierte Hersteller von Kabelverschraubungen bieten ein großes Sortiment an Produkten für den explosionsgefährdeten Bereich. Die Firma Kaiser aus Schalksmühle stellt ihren Kunden das Programm der AgroVerschraubungen für Anwendungen in Handwerk und Industrie zur Verfügung. Auch einem umfangreichen Zubehör an explosionsgeschützten Komponenten aus Messing oder Kunststoff wie Verschlussschrauben, Reduktionen oder Erweiterungen wird Rechnung getragen. Verschraubungen wie Zubehör eignen sich gut für den Einsatz in Raffinerien, Produktionsanlagen der chemischen Industrie und weiteren explosionsgefährdeten Bereichen. SPS/IPC/Drives: Halle 5, Stand 241