Grundlagen Explosionsschutz - BARTEC
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Grundlagen Explosionsschutz
Grundlagen Explosionsschutz
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BARTEC Broschüre
Grundlagen Explosionsschutz
14. überarbeitete Auflage - Ausgabe 2021
Verfasser:
Dr.-Ing. Hans-Jürgen Linström
Dipl.-Ing. Johannes Buhn
Dipl.-Ing. Karel Neleman
2
Inhalt
Technische Entwicklung 6-8 Sekundärer 15 - 26
des Explosionsschutzes Explosionsschutz
Harmonisierung des 8 Bedeutung und Nutzen der 15
Explosionsschutzes Zoneneinteilung in Arbeitsstätten
Explosionstechnische Kennzahlen 17
Explosionsschutz 9 - 14 Zündtemperatur 17
Explosion 9
Gruppen 19
Bedingungen für eine Explosion 9
Schutzprinzipien 21
Die drei Faktoren 10
Baustandards und Verhinderung von 22
wirksamen Zündquellen bei Geräten
Explosionsbereich 13
Normen zum Explosionsschutz 23
Vermeidung von Explosionen 13
Primärer Explosionsschutz 14
Sekundärer Explosionsschutz 14
Tertiärer Explosionsschutz 14
3
Grundlagen Explosionsschutz
Zündschutzarten 27-37 Kennzeichnung 38-42
Allgemeine Bestimmungen 27 Inhalt der Kennzeichnungen 38
nach RL 2014/34/EU, IEC- und
EN-Normen
Zündschutzarten elektrischer Geräte 28
Einsatzbereiche - Gerätekategorien - 39
Zündschutzarten nicht-elektrischer 29
Geräteschutzniveaus
Geräte
Erhöhte Sicherheit 30
Kennzeichnungsbeispiele für 40
Nichtfunkende Geräte 30 elektrische und nicht-elektrische
Geräte
Konstruktive Sicherheit 31
Elektrisches Gerät – 41
Gas/Dampf und Staub
Eigensicherheit 31
Zündquellenüberwachung 32
Nicht-elektrisches Gerät – 42
Gas/Dampf und Staub
Vergusskapselung 32
Nichtzündfähiges Teil 32
Abgedichtete Einrichtung 32 Konformität 43 - 45
ATEX-Konformität (CE) 43
Hermetisch dichte Geräte 33
IECEx-Konformität 44
Flüssigkeitskapselung 34
ATEX- und IECEx-System im Vergleich 45
Überdruckkapselung 35
Schwadensicherheit 35
Schutz durch Gehäuse 36
Druckfeste Kapselung 36
Sandkapselung 37
Sonderschutz 37
Optische Strahlung 37
Elektrische Widerstands-
Begleitheizung
45
Grundlagen Explosionsschutz
Technische Entwicklung
des Explosionsschutzes
Ungewollte Zündungen sind älter als der Mensch. möglichst klein zu haltende Flamme im inneren Sieb
Atmosphärische Entladungen – Gewitterblitze – vom anstehenden brennbaren Gemisch, ließen aber
lösten Brände aus, lange, bevor der Mensch die Erde eine Verbrennung innerhalb der Siebe zu. Die Siebe
betrat. 1753 als der erste Blitzableiter erfunden verhinderten - bei entsprechendem Umgang - eine
wurde konnten die elektrostatisch erzeugten äußere Zündung.
Gefahren als Zündquellen für Brände deutlich
reduziert werden. „Brandgefährlich“ war lange Zeit Im 19. Jahrhundert hielt die Elektrotechnik ihren
auch die Beleuchtung im Bergbau, denn Grubenluft Einzug in Industrie und Haushalte. Unmittelbar
mit Methan vermischt – sogenannte schlagende danach entwickelten sich, begründet durch das
Wetter – konnten durch ausreichend starke im Steinkohlenbergbau auftretende Methan und
Zündquellen zu Explosionen führen. 1815 stellte den Kohlenstaub, die ersten Grundlagen für den
Sir Humphrey Davy die erste Benzinsicherheit- elektrischen Explosionsschutz. Die Vorteile der
slampe, ein nicht-elektrisches Betriebsmittel, für Elektrizität waren so überzeugend, dass man
den Bergbau vor. Zwei übereinander angeordnete intensiv daran arbeitete, Mittel und Wege zu finden,
feinmaschige Metalldrahtgewebe trennten die wie das Zusammentreffen von explosionsfähiger
Atmosphäre und Zündquellen - bedingt durch die
Anwendung elektrischer Betriebsmittel - aus-
geschlossen und wie somit Explosionen vermieden
werden können.
HERSTELLER GESETZGEBER
Baustandards Baubestimmungen
Nach anfangs bitteren Erfahrungen konnten die
Schlagwetterexplosionen sehr stark zurückgedrängt
werden und elektrische Betriebsmittel mit hohem
Sicherheitsstandard eingesetzt werden.
Heute ist die Zahl der Ereignisse, die durch elek-
trische Zündquellen verursacht werden, erfreulich-
erweise gering. Der Aufwand an Entwicklung und
Fertigung sowie die gesetzlichen Regelungen haben
sich bewährt, deshalb muss die häufig gestellte
Frage „ob der Aufwand gerechtfertigt ist“ mit ja
beantwortet werden.
Ein Nachlassen wäre sträflicher Leichtsinn. Leider
gibt es noch genügend Beispiele, die uns die ver-
heerenden Auswirkungen von Explosionen für Men-
schen, Umwelt und Anlagen, bei Vernachlässigung
bekannter Zusammenhänge, vor Augen führen.
ALLE BETEILIGTE Vor den Lösungen, die die Vermeidung wirksamer
eigene Verantwortung ANWENDER Zündquellen betreffen, man bezeichnet sie als
und Vorsichtsmaßnahmen Errichterbestimmungen
sekundären Explosionsschutz, hat der primäre
Abbildung 1
Explosionsschutz Vorrang, d.h. man bemüht sich
um Maßnahmen (nicht-brennbare Stoffe, Lüftung),
die die Bildung einer explosionsfähigen Atmosphäre
vermeiden.
6Brennbare Stoffe, z.B. Methan oder Steinkohlen- 100 Jahren elektrischer Explosionsschutz sind
staub in Gruben sowie Benzin oder vielleicht zukün- Prinzipien und Techniken entwickelt worden, die es
ftig Wasserstoff beim Kraftfahrzeug können nicht ermöglichen, elektrische Sensoren und Messtech-
immer ausgeschlossen werden. Schutz und Sicher- niken auch dann einzusetzen, wenn die explosions-
heit gewährleisten in diesem Fall Betriebsmittel, die fähige Atmosphäre in Reaktionsgefäßen permanent
zuverlässig explosionsgeschützt sind. Eine solche vorhanden ist.
Lösung durch Bereitstellung von Zündschutzarten
wird als sekundärer Explosionsschutz bezeichnet. Der Anwendungsbereich im Bergbau war der
Heute geht die Ausführung explosionsgeschützter Anfang. Die Nutzung und Verarbeitung von Erdöl und
Geräte und Maschinen längst über das Gebiet der Erdgas ist ein weites Einsatzfeld für explosions-
Elektrotechnik hinaus. Auch nicht-elektrische geschützte Betriebsmittel. Die organische Chemie,
Betriebsmittel sind prüf- oder wenigstens beurtei- die Lack- und Farbenindustrie oder die phar-
lungspflichtig. Jahrzehntelange Erfahrungen mazeutische Industrie verarbeiten brennbare Flüs-
und das angesammelte Wissen der Hersteller sigkeiten und brennbare Gase. Mit der Gewinnung
elektrischer Betriebsmittel auf dem Gebiet des und Nutzung von Biogas entwickeln sich ständig
Explosionsschutzes ist nun für Hersteller nicht-ele- neue Anwendungsbereiche. Die Nutzung von Wass-
ktrischer Betriebsmittel nützlich. erstoff wird intensiv diskutiert, in Versuchsanlagen
Es gibt vielfältige Anwendungsfälle, die explosions- praktiziert und wird als erneuerbare Energie in
geschützte Betriebsmittel erfordern. In den über unser Leben treten.
7Grundlagen Explosionsschutz
Harmonisierung des Konstruktion und Beurteilung des Explosions-
schutzes davon ausgehen, dass er sichere, der
Explosionsschutzes Ex-Richtlinie 2014/34/EU entsprechende, explosi-
onsgeschützte Systeme, Geräte und Komponenten
entwickelt, die dann bei einer notifizierten Stelle
International werden die Standpunkte zum Explo-
der EU nach einheitlichen, verbindlichen Verfahren
sionsschutz elektrischer und nicht-elektrischer
der Prüfungen unterzogen werden. Die in der EU
Geräte heute über IEC- und ISO-Arbeitskreise
notifizierten Prüfstellen stellen nach bestandener
fachlich abgestimmt. Auf dem Gebiet der Elektro-
Prüfung EU-Baumusterprüfbescheinigungen aus,
technik wurden international vereinheitlichte
die in Europa die einheitliche Beschaffenheit
Baubestimmungen in IEC-Standards bereits
hinsichtlich der geforderten Sicherheit der explo-
sehr früh formuliert. Dies erfolgte weitgehend in
sionsgeschützten Betriebsmittel mit höchstem
Übereinstimmung mit den CENELEC-Standards.
oder erhöhtem Sicherheitsniveau gewährleisten.
Sichtbares Zeichen für die Harmonisierung ist, dass
Diese EU-Baumusterprüfbescheinigungen oder vom
die relevanten Normendokumente IEC/ISO (Global),
Hersteller durchgeführte Beurteilungen sind eine
EN (Europa) und DIN EN (Deutschland) inhaltlich
Voraussetzung für eine Fertigung und das Inverkehr-
und in der Registriernummer (60079 Serien) über-
bringen von Systemen, Geräten und Komponenten
einstimmen. Gegenwärtig wird an der Vereinheit-
mit höchstem und erhöhtem Sicherheitsniveau
lichung intensiv gearbeitet. Die Umstellung bringt
gekennzeichnet durch Kategorie 1 und 2.
laufende Veränderungen, vereinfacht aber auch die
zukünftige internationale Arbeit. Im Rahmen von
Für Kategorie 3, mit nur einem erhöhten Sicher-
ISO/IEC-Arbeitskreisen werden die Normen aus
heitsniveau, ist ein anderer Ansatz akzeptabel. Der
dem Explosionsschutz elektrischer Betriebsmittel
Hersteller kann in eigener Verantwortung erklären,
auch für die nicht-elektrischen Geräte sinngemäß
dass das Ex-Gerät oder die Ex-Komponente die
angepasst (80079 Serien).
Anforderungen erfüllt, ohne eine Benannte Stelle
einzuschalten. Inzwischen bitten mehr Hersteller
Mit dem IECEx-System werden elektrische Geräte
die Benannten Stellen (auf freiwilliger Basis), die
und zukünftig auch Baugruppen und nicht-elekt-
vorgesehenen Prototypen zu prüfen und Baumus-
rische Geräte nach den international einheitlichen
terprüfbescheinigungen auszustellen.
Anforderungen (IEC/ISO-Normen) entwickelt und
geprüft und mit einem Konformitätszertifikat (IECEx
Eine einheitliche Einstufung explosionsgefährdeter
CoC) bescheinigt.
Bereiche (Anlagen) ist Basis für die Auswahl und
Zuordnung der Schutzsysteme und Ex-Geräte, ein-
Die Akzeptanz von Zertifikaten basiert allerdings
schließlich ihrer Installation. Nach der EU-Richtlinie
nach wie vor auf der Grundlage regionaler (z. B. in
1999/92/EG ist ein Ex-Dokument Voraussetzung für
Europa mit EU-Konformitätserklärungen des Her-
die Errichtung und den Betrieb einer explosions-
stellers) und lokaler (z. B. Brasilien INMETRO-Zer-
gefährdeten Anlage. Ein solches Dokument schafft
tifikaten, USA UL/FM-Zertifikaten etc.) gesetzlicher
erst die Möglichkeit, Schutzsysteme, Ex-Geräte
und versicherungsrechtlicher Regelungen. Oft
und Komponenten nach dem Gesichtspunkt des
werden Anpassungen, z.B. Neu-Bescheinigungen,
Explosionsschutzes auszuwählen, normengerecht
an nationale Anforderungen notwendig. Im Rahmen
zu installieren, zu betreiben, zu warten und schließ-
von internationalen Projekten gilt es daher, die Spe-
lich auch zu reparieren. Entsprechende Technische
zifikation hinsichtlich der Explosionsschutzanfor-
Regeln und Regelwerke werden auf nationaler
derungen mit den Anwendern detailliert abzuklären.
Ebene erarbeitet und verabschiedet.
Die Richtlinie 2014/34/EU formuliert somit EU-weit
Die Europäische Gemeinschaft hat sich mit der
einheitliche Bauforderungen an Geräte zum Einsatz
Ex-Richtlinie 2014/34/EU eine Basis für verbind-
in explosionsgefährdeten Bereichen, während die
liche einheitliche Beschaffenheitsanforderungen
Richtlinie 1999/92/EG Mindestforderungen an den
hinsichtlich des Explosionsschutzes von Systemen,
Arbeitsschutz enthält, die national erhöht werden
Geräten und Komponenten geschaffen. Diese
können. Durch die beiden genannten Richtlinien
werden durch harmonisierte EN-Standards der
entsteht ein geschlossenes System, mit dem Explo-
CENELEC- und CEN-Normenorganisation unterlegt.
sionen wirksam vorgebeugt wird, um Menschen,
Umwelt und Sachwerte wirkungsvoll zu schützen.
Mit diesen Standards kann der Hersteller bei der
8Explosionsschutz
Explosion
Als Explosion bezeichnet man eine plötzliche,
d. h. mit großer Reaktionsgeschwindigkeit SAUERSTOFF
ablaufende, Oxidations- oder Zerfallsreaktion,
die eine Temperatur- oder Druckerhöhung oder
beides gleichzeitig erzeugt. Am bekanntesten sind
Reaktionen brennbarer Gase, Dämpfe oder Stäube
mit dem Sauerstoff der Luft.
Bedingungen für EXPLOSION
eine Explosion
Damit Explosionen in atmosphärischer Luft statt- BRENNBARER
finden, müssen in der Regel drei Faktoren zusam-
ZÜNDQUELLE
STOFF
menkommen (s. Abbildung 2):
– brennbarer Stoff
– Sauerstoff (Luft) Abbildung 2
– Zündquelle
In Produktions- und Arbeitsstätten können sich
Gefahrenbereiche für Explosionen ausbilden, wenn
die ersten zwei Voraussetzungen für eine Explosion
erfüllt sind. Typische Gefahrenbereiche entstehen
in chemischen Fabriken, Raffinerien, Lackfabriken,
Lackierereien, Reinigungsanlagen, Mühlen und
Lagern für Mahlprodukte und andere brennbare
Stäube, in Tank- und Verladeanlagen für brennbare
Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe.
Die ersten beiden Faktoren - brennbarer Stoff
und Luft - müssen in einem entsprechenden
Mengenverhältnis vorhanden sein, damit sie eine
explosionsfähige Atmosphäre bilden können.
Die verbindlichen Festlegungen des Explosions-
schutzes - abgeleitet aus dem Arbeitsschutzrecht
- betreffen die Arbeitsstätte. Beschreibungen zum
Explosionsschutz beschränken sich deshalb im
Allgemeinen auf Darstellungen von Reaktionen mit
Luftsauerstoff. Oxidationsreaktionen, die meist
mit Erwärmung und Druckanstieg verbunden sind,
erfüllen somit Kriterien einer Explosion.
9Grundlagen Explosionsschutz
Die drei Faktoren Beim Versprühen von brennbaren Flüssigkeiten
können Nebel entstehen, sehr kleine Tröpfchen mit
einer in der Summe sehr großen Oberfläche, wie
Brennbare Stoffe sie von Spraydosen oder aus der Autolackierung
Brennbare Stoffe können gasförmig, flüssig oder fest bekannt sind. Solche Nebelwolken sind zu Explo-
sein. Unter der allgemeinen Betrachtung hinsichtlich sionen fähig. Hier ist der Flammpunkt von unterge-
der Arbeitsstätten wird ihre Reaktionsfähigkeit mit ordneter Bedeutung. Für feine Gase, Dämpfe, Nebel
dem Sauerstoff der Luft beurteilt. brennbarer Flüssigkeiten kann man das Verhalten
für Sicherheitsbetrachtungen grob aus dem bekann-
Brennbare Gase ten Verhalten des Flüssigkeitsdampfes herleiten.
Ein brennbares Gas kann ein elementares Gas wie
z. B. Wasserstoff sein, der bereits mit sehr geringer Brennbare Feststoffe (Stäube)
Energie zur Reaktion mit Sauerstoff angeregt wird. Brennbare Feststoffe können in aufgewirbelter
Vielfach sind brennbare Gase Verbindungen, die Form von Staub oder Flusen mit dem Luftsauerstoff
Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Durch reagieren und verheerende Explosionen zur Folge
Zuführung meist geringer Energien können die haben. Im Allgemeinen ist die zur Anregung der
brennbaren Gase und Dämpfe mit dem Luftsauer- Explosion erforderliche Energie der Gemische mit
stoff reagieren. Luft größer als bei den Gasen und Dämpfen. Einmal
zur Verbrennung angeregt, erzeugt die durch die
Als Dämpfe bezeichnet man die Anteile von Flüs- Verbrennungsreaktion freiwerdende Energie hohe
sigkeiten (in Bezug auf den Explosionsschutz von Temperaturen und Drücke. Neben den chemischen
brennbaren Flüssigkeiten) die in Folge des Dampf- Eigenschaften des Feststoffes spielen Feinheit der
druckes über einer Flüssigkeitsoberfläche, um Feststoffpartikel und ihre mit der Feinheit
einen Flüssigkeitsstrahl oder um Tröpfchen in die zunehmende Gesamtoberfläche eine wesentliche
umgebende Luft übergetreten sind. Eine Sonderform Rolle. Die Eigenschaften werden durch Vorgänge
sind Nebel, die man hinsichtlich des Explosionsver- bestimmt, die unmittelbar an der Feststoffoberflä-
haltens den Dämpfen zurechnen kann, womit dem che ablaufen.
Sicherheitsaspekt Rechnung getragen wird.
An der Entzündung und dem Verlöschen einer Par-
Brennbare Flüssigkeiten (Dämpfe) affinkerze lässt sich erkennen, dass bei Feststoffen
Brennbare Flüssigkeiten sind häufig Kohlenwasser- in kurzer Zeit eine Reihe von Vorgängen ablaufen
stoffverbindungen wie Äther, Aceton oder Benzin. müssen, die nicht so leicht vereinfacht dargestellt
Sie können schon bei Raumtemperatur in solchen werden können.
Mengen in die Dampfphase übertreten, dass sich an
ihrer Oberfläche eine explosionsfähige Atmosphäre Ein einfacher Versuch zeigt: Beim Entzünden des
bildet. Andere Flüssigkeiten bilden erst bei höheren Dochtes einer Kerze wird Pa-raffin abgeschmolzen,
Temperaturen eine solche Atmosphäre an ihrer es verdampft und dieser Dampf speist die Flamme.
Oberfläche. Bei atmosphärischen Bedingungen ist Nach dem Auslöschen kann man Paraffindämpfe
dieser Vorgang stark von der Flüssigkeitstemperatur wahrnehmen, das geschmolzene Paraffin erstarrt
abhängig. wieder, der Paraffindampf ist verflogen und die Par-
affinkerze ist wieder ein harmloses Gebilde.
Eine wichtige Kenngröße für brennbare Flüssig- Staub verhält sich sehr unterschiedlich, wenn er in
keiten ist deshalb der Flammpunkt, besser die abgelagerter und in aufgewirbelter Form vorliegt.
Flammpunkt-Temperatur. Der Flammpunkt ist die Abgelagerte Staubschichten neigen an heißen
niedrigste Temperatur, bei der eine brennbare Flüs- Flächen zu Glimmbränden, während aufgewirbelte
sigkeit unter speziellen Untersuchungsbedingungen Staubwolken, die durch lokale Energiezufuhr oder
an ihrer Oberfläche eine geeignete Menge von an heißen Flächen gezündet werden, unmittelbar
Dampf entstehen lässt, so dass mit einer effektiven Explosionen erzeugen können. Nicht selten sind
Zündquelle eine Entzündung des Dampf-Luft-Gemi- Staubexplosionen die Folge aufgewirbelter glim-
sches möglich wird. mender Staubschichten, die das Zündinitial in sich
tragen. Wenn solche Schichten beispielsweise beim
Der Flammpunkt ist für die Einstufung von explosi- Transport durch mechanisches Reinigen oder durch
onsgefährdeten Bereichen wichtig. Brennbare Flüs- unsachgemäße Löscharbeiten aufgewirbelt werden,
sigkeiten mit hoher Flammpunkt-Temperatur sind so kann dadurch eine Staubexplosion ausgelöst
weniger kritisch als solche mit einem Flammpunkt werden.
bei Raumtemperatur oder darunter.
10Heiße Oberflächen (5.1)
Auch ablaufende Gas- oder Dampf-Luft-Explosionen
treten auf als Ergebnis von Verlustleistungen, die
können den Staub aufwirbeln, wobei dann häufig
beim Betrieb von Systemen, Geräten und Kompo-
die eine - die Gasexplosion - in die andere - die
nenten im Normalbetrieb entstehen. Bei Heizungen
Staubexplosion - übergeht. In Steinkohlengruben
sind sie gewollt. Diese Temperaturen sind in der
haben Methangas-Schlagwetter-Explosionen häufig
Regel beherrschbar. Im Störungsfall, bei Überlas-
Kohlenstaubexplosionen zur Folge gehabt, die in
tungen oder schwergängigen Lagern beispielsweise,
ihrer Wirkung die Schlagwetterexplosion übertroffen
steigt die Verlustleistung und damit zwangsläufig
haben.
die Temperatur. Technische Einrichtungen müssen
immer dahingehend beurteilt werden, ob sie stabili-
Sauerstoff sierend sind, d. h. überhaupt nur eine Endtemperatur
annehmen können, oder ob unzulässige Tempera-
Die in der Luft vorhandene Menge Sauerstoff kann
turerhöhungen möglich sind, die durch geeignete
nur eine bestimmte Menge brennbaren Stoffs
Maßnahmen ausgeschlossen werden müssen.
oxidieren, d. h. verbrennen. Theoretisch kann dieses
Beispiele: Spulen, Widerstände oder Lampen,
Mischungsverhältnis bestimmt werden, es wird
erwärmte Betriebsmitteloberflächen, Bremsen oder
stöchiometrisches Gemisch genannt. Im Bereich
heiß gelaufene Lager
dieses Gleichgewichtes, zwischen der Menge brenn-
baren Stoffes und vorhandenem Luftsauerstoff sind
Flammen, heiße Gase und Partikel (5.2)
die Wirkungen der Explosion, die Temperatur- und
Innerhalb von Verbrennungskraftmaschinen oder
Druckerhöhung, am heftigsten. Ist der Anteil an
in Analysengeräten sowie an deren Gasaustritts-
brennbarem Stoff zu gering, so kann sich die Ver-
stellen können Flammen, heiße Gase und Partikel
brennung nur mühsam fortpflanzen oder sie kommt
im Normalbetrieb oder im Störungsfall auftreten.
zum Erliegen. Ähnlich sind die Verhältnisse, wenn
Hier sind Schutzmaßnahmen erforderlich, die eine
der Anteil an brennbarem Stoff für den in der Luft
Übertragung aus dem Gehäuse heraus dauerhaft
verfügbaren Sauerstoff zu hoch ist.
ausschließen.
Beispiele: Auspuffanlagen von Verbrennungskraft-
Die brennbaren Stoffe haben einen stoffbezogenen
maschinen oder Partikel, die durch Schaltfunken
Explosionsbereich, der auch vom Zündinitial abhän-
von Leistungsschaltern von den Schaltkontakten
gig ist. In aller Regel wird er durch Zündung mit elek-
abgelöst werden
trischen Funken bestimmt. Der Explosionsbereich
wird durch die untere und obere Explosionsgrenze
Mechanisch erzeugte Funken (5.3)
begrenzt. Das bedeutet, dass unterhalb und ober-
treten beispielsweise bei Schleif- und Trenngeräten
halb dieser Grenzen Explosionen auszuschließen
auf, die betriebsmäßig solche Funken erzeugen und
sind. Dies kann ausgenutzt werden, indem die
sich im explosionsgefährdeten Bereich verbieten.
brennbaren Stoffe mit Luft ausreichend verdünnt
So können Brüche an rotierenden Teilen oder schlei-
werden oder indem der Zutritt von Luft/Sauerstoff
fend hin- und her bewegte Teile mit ungenügender
in Anlagenteile verhindert wird. Letzteres ist in der
Schmierung bspw.im Störungsfall auch derartige
Umgebung, in der Menschen regelmäßig arbeiten,
Funken verursachen. Besondere Forderungen an
nahezu unmöglich und beschränkt sich somit auf
Gehäusewerkstoffe dienen dazu, das Risiko derarti-
technologische Anlagen.
ger Zündquellen zu verringern.
Beispiele: Werkzeuge wie rostige Hammer und
Zündquellen Meißel in Verbindung mit Leichtmetallen oder
Metallgabeln von Gabelstaplern
Im Zusammenhang mit technischen Einrichtungen
sind eine Vielzahl von Zündquellen möglich. Die in
Sichtbare elektrische Funken (5.4)
der nachfolgenden Übersicht angegeben Ziffern
sind in der Regel als zündfähig anzusehen. Nur sehr
hinter den Zündquellen beziehen sich auf die jewei-
energiearme Funken im Bereich von Mikrowattse-
ligen Abschnitte in der Grundnorm (EN 1127-1:2019
kunden können als nicht zündfähig gelten. Deshalb
„Explosionsfähige Atmosphäre - Explosionsschutz
sind durch geeignete Maßnahmen diese Zündquel-
- Teil 1: Grundlagen und Methodik)
len auszuschließen.
Beispiele: Schaltfunken, Funken an Kollektoren oder
Schleifringen
11Grundlagen Explosionsschutz
Elektrische Ausgleichsströme (5.5) Blitzschlag (5.7)
Elektrische Bahnen und andere geerdete Span- und die Folgen eines Blitzschlags können zu der
nungsquellen z. B. für den kathodischen Schutz von Entzündung einer explosionsfähigen Atmosphäre
Anlagenteilen, können elektrische Ausgleichsströme führen. Bei einem Blitzschlag wird eine explosions-
in der Erde hervorrufen, die zwischen verschiedenen fähige Atmosphäre stets gezündet. Eine Zündmög-
Erdungspunkten Spannungsdifferenzen zur Folge lichkeit besteht aber auch durch starke Erwärmung
haben können. Deshalb sind gute leitfähige Verbin- der Ableitwege eines Blitzes. Starke Ströme, die
dungen aller im Bereich vorhandenen leitfähigen von Blitzeinschlagstellen aus fließen, können in der
Anlagenteile herzustellen, die Spannungsdifferen- Umgebung der Einschlagstelle Funken hervorrufen.
zen zwischen Anlagenteilen auf ungefährliche Werte
reduzieren. Dabei ist es ohne Bedeutung, ob die Hochfrequente (HF)
leitfähigen Anlagenteile elektrische oder nicht-elek- elektromagnetische Wellen von 104 kHz bis
trische Teile der Anlage sind, da die Ursache für 300 GHz sind nicht die einzigen Zündquellen, bei
diese Ströme außerhalb der Anlage liegen kann. Der denen Strahlungsenergie in das explosive Gemisch
Potenzialausgleich ist immer herzustellen, unabhän- gelangt:
gig davon, ob mit diesen Strömen gerechnet werden
muss, ob die Quellen bekannt sind oder nicht. Elektromagnetische Strahlung -
Beispiele: Elektrische Bahnen und andere geerdete Radiostrahlung (5.8),
Spannungsversorgungen z. B. für den elektrischen
Korrosionsschutz von Geräten Elektromagnetische Strahlung -
IR, sichtbares und UV-Licht (5.9)
Statische Elektrizität (5.6)
Ganz unabhängig vom Vorhandensein einer elek- Ionisierende Strahlung -
trischen Spannungsquelle können elektrische Röntgen und Gamma (5.10)
Funken durch statische Elektrizität auftreten. Die
gespeicherte Energie kann sich in Form von Funken Ultraschall (5.11).
entladen und so ebenso als Zündquelle wirken. Da
die Entstehung dieser Zündquelle ganz unabhängig Systeme, Geräte und Komponenten, die Strahlung
von elektrischen Spannungsquellen auftreten kann, nutzen, dürfen im Ex-Bereich errichtet und betrieben
ist sie auch bei allen nichtelektrischen Geräten und werden, wenn ihre Parameter dauerhaft und sicher
Komponenten zu beachten. Sie ist nur an Trennvor- begrenzt und diese Einrichtungen geprüft sind.
gänge gebunden, es müssen somit die Fälle beurteilt Beispiele: Funksprechgeräte, Handys, Lichtschran-
werden, in denen mit dieser Zündquelle gerechnet ken und Scanner
werden muss.
Adiabatische Kompression und Stoßwellen
Reibvorgänge im Normalbetrieb können als Ursache (5.12)
für elektrostatische Aufladungen angesehen werden. Schließlich können auch adiabatische Kompression
Beispielsweise können tragbare Geräte - funktions- und Stoßwellen (5.12) zur Zündquelle werden,
bedingt - nicht geerdet oder in einen Potenzialaus- welche in röhrenförmigen Gebilden auftreten, die mit
gleich einbezogen werden. In Verbindung mit der Unterdruck betrieben werden
nicht genauer definierten Kleidung des Trägers kann Beispiele: Transportröhren mit engem Durchgang,
es zu Aufladungen im Normalbetrieb kommen. Durch zerbrechende lange Leuchtstofflampen in einer
geeignete Maßnahmen ist die statische Elektrizität Wasserstoff-Luft-Atmosphäre
als Zündquelle auszuschließen.
Beispiele: Transmissionsriemen aus Kunststoff, Exotherme Reaktionen (5.13)
Gehäuse tragbarer Geräte, synthetische Kleidung, sind zusammen mit der Selbstentzündung von
Trennvorgänge beim Abrollen von Papier oder Kunst- Stäuben die abschließend definierte mögliche Art
stofffolien, Kunststoff-Rohrsysteme von Zündquellen.
12Explosionsbereich Austritt brennbarer Gase oder die Einschränkung der
Belüftung, können in Verbindung mit Zündquellen zu
(Grenzen) Explosionen führen.
Am einfachsten und sichersten lässt sich eine kleine
In den Verbrennungsmotoren wirken die drei Fakto- ungefährliche Explosion an einem Gasfeuerzeug
ren sinnvoll zusammen: Benzin, Luft/Sauerstoff und nachvollziehen. Die Düse des Feuerzeuges lässt
Zündfunke, sie führen im geschlossenen Zylinder beim Öffnen nur eine geringe Menge brennbaren
zu einer Explosion. Dabei muss das Mengenver- Gases ausströmen. Dieses Gas mischt sich in der
hältnis zwischen Benzin und Luft stimmen. Ist der Umgebung der Düse mit Luft, der Reibfunken des
Benzintank leer, der Luftfilter verstopft oder die Zündsteines bringt das Gemisch zur Entzündung,
Zündung fällt aus, so fehlt jeweils eine Komponente ein schwaches Geräusch ist zu hören - es brennt. In
für die Auslösung dieser gesteuerten nutzbringenden einiger Entfernung von der Düse ist der Mengenan-
Explosion und der Motor läuft nicht. teil des Brenngases bereits so gering, dass sich die
Die brennbaren Stoffe haben in Mischung mit Luft Explosion und die Flamme auf den unmittelbaren
eine untere (UEG) und eine obere (OEG) Explosions- Bereich um die Düse beschränkt. Das heißt, die
grenze, zwischen diesen Grenzen befindet sich konstruktiven Bedingungen des Gasfeuerzeuges
der Explosionsbereich. Vom Sicherheitsaspekt der gewährleisten, dass es handhabungssicher ist.
Arbeitsstätte ist die untere Explosionsgrenze (UEG) Die Explosionswirkung ist in abgeschlossenen
der bedeutendere Wert, eine mögliche Konzentration Räumen und unter nicht-atmosphärischen Bedin-
von nachweisbar ständig oder dauerhaft ≤ 10 % gungen - z. B. erhöhtem Druck - häufig stärker. Denkt
dieses Wertes wird vielfach als sicher angesehen. man nur an die nutzbare Anwendung der Explo-
sionen in den Kraftfahrzeugmotoren.
Vermeidung von Wirksamer vorbeugender Explosionsschutz für nicht
gesteuerte, nicht gewollte und deshalb oft mit ver-
Explosionen heerenden Folgen verbundenen Explosionen, kann
das sichere Ausschließen eine der drei Faktoren sein.
Explosionsgeschützte Betriebsmittel können eine Elektrische explosionsgeschützte Geräte verhindern
Voraussetzung für das Entstehen einer Explosion das Zusammentreffen von Zündquellen oder das
- die Zündquelle - ausschalten und sind so ein Entstehen von solchen beim Einsatz von Elektrizität
wichtiger Beitrag zum Explosionsschutz. Im Wohn- mit explosionsgefährlicher Atmosphäre. Sie verhin-
bereich wird durch bauliche Maßnahmen erreicht, dern Explosionen wirksam, da die beiden anderen
dass sich im Normalfall keine explosionsfähige Faktoren - in Arbeitsstätten der Sauerstoff der Luft
Atmosphäre bilden kann. Das bewusste Unterbinden und vielfach auch der brennbare Stoff - häufig nicht
dieser Maßnahmen, z. B. der gezielte ungehinderte mit Sicherheit und dauernd auszuschließen sind.
13
Abbildung 3Grundlagen Explosionsschutz
Primärer für die Definition des Schutzniveaus bei Geräten ist
die Unterteilung explosionsgefährdeter Bereiche in
Explosionsschutz Zonen (Häufigkeit und Dauer des Auftretens gefähr-
licher explosionsfähiger Atmosphäre, sowie die örtli-
Maßnahmen des primären Explosionsschutzes chen Umgebungsbedingungen). Weiterhin notwendig
zielen darauf ab, die brennbaren Stoffe oder den ist die Kenntnis der explosionstechnischen Kenn-
Luftsauerstoff zu ersetzen oder ihre Mengen so zu zahlen brennbarer Stoffe (Temperaturklassen, Zünd-
verringern, dass die Bildung eines explosionsfähigen temperaturen der Stäube, Explosionsuntergruppen
Gemisches ausgeschlossen wird. etc.) sowie die örtlichen Umgebungsbedingungen.
Eine erhöhte Luftzufuhr - Spülung - durch Belüftung Die explosionstechnischen Kennzahlen dienen dem
kann durch bauliche Maßnahmen erreicht werden; Betreiber zur genauen Benennung der Gefahr im
z. B. durch einen offenen Aufbau bei Tankstellen, Bereich, dem Betriebsmittelhersteller zur Auswahl
in denen es nur einen sehr eingeschränkten explo- einer geeigneten Lösung für die Betriebsmittel und
sionsgefährdeten Bereich gibt. schließlich dem Errichter für die Auswahl und Zuord-
nung der geeigneten Geräte. Schließlich finden sich
Der Ersatz des Luftsauerstoffs ist in Arbeitsstätten, die Angaben in der Gerätekennzeichnung wieder.
in denen sich Menschen aufhalten, unmöglich,
deshalb beschränken sich die Maßnahmen dort auf: Die Vorgehensweise bei der Anwendung der Schutz-
– die Vermeidung oder Einschränkung des maßnahmen des sekundären Explosionsschutzes
Einsatzes von brennbaren Stoffen, die eine werden im nächsten Kapitel detaillierter behandelt.
explosionsfähige Atmosphäre bilden können
– die Verhinderung oder Einschränkung des
Austritts von brennbaren Stoffen und damit der
Bildung explosionsfähiger Gemische, sowohl
Tertiärer
im Inneren als auch in der Umgebung von
Armaturen,
Explosionsschutz
z. B. durch: Reichen die primären und sekundären Explosions-
schutzmaßnahmen nicht aus, müssen zusätzliche
– Konzentrationsbegrenzung
Schutzmaßnahmen getroffen werden. Diese dienen
– Inertisierung in einem Umgehäuse dazu, die Auswirkungen einer Explosion zu begren-
zen bzw. auf ein unbedenkliches Maß zu reduzieren.
– natürliche oder technische Belüftung
Zu den gängigsten Maßnahmen zur Begrenzungen
– Konzentrationsüberwachung durch gefährlicher Auswirkungen von Explosionen
Gaswarnanlagen, mit Warnung und/oder gehören:
Abschaltung
– Explosionsfeste Bauweise: Behälter, Apparate,
Rohrleitungen werden druckstoßfest gebaut, um
Sekundärer einer Explosion im Inneren standzuhalten.
– Explosionsdruckentlastung: Berstscheiben oder
Explosionsschutz Explosionsklappen werden eingesetzt, um beim
Entstehen einer Explosion in eine ungefährliche
Ist die Bildung einer gefährlichen explosionsfähigen Richtung zu öffnen und zu bewirken, dass die
Atmosphäre in einer Menge, die Maßnahmen zum Anlage nicht über ihre Explosionsfestigkeit
Schutz der Arbeitnehmer vor Explosionsgefahren hinaus beansprucht wird.
erforderlich macht, trotz Maßnahmen des primären
– Explosionsunterdrückung und
Explosionsschutzes möglich, muss die Zündung
Verhindern der Explosionsübertragung:
dieser gefährlichen explosionsfähigen Atmos-
Explosionsunterdrückungseinrichtungen
phäre wirksam verhindert werden. Alle möglichen
verhindern durch schnelles Einblasen von
Zündquellen werden beurteilt und entsprechende
Löschmitteln in Behälter und Anlagen das
Schutzmaßnahmen angewendet.
Erreichen des maximalen Explosionsdruckes.
Durch explosionstechnische Entkopplung werden
Wirksame Zündquellen an Geräten und Anlagen
mögliche Explosionen auf einzelne Anlagenteile
werden z.B. mit Hilfe von Zündschutzarten entspre-
beschränkt.
chend des Schutzniveaus vermieden. Grundlage
14Sekundärer
Explosionsschutz
Hierunter werden Prinzipien verstanden, die
Geräte und Komponenten als Zündquelle
ausschließen.
Bedeutung und
Pumpenhaus (Gase und Dämpfe)
Nutzen der
Zoneneinteilung
in Arbeitsstätten
Es hat sich bewährt, explosionsgefährdete Bereiche
in Zonen einzuteilen. Diese Einteilung berück-
sichtigt die unterschiedlichen Gefahren durch
explosionsfähige Atmosphären und ermöglicht
einen Explosionsschutz, der den Verhältnissen
sowohl aus sicherheitstechnischer Sicht als auch Abbildung 4
der Wirtschaftlichkeit entspricht. Für die Europäi-
sche Union ist die Zonendefinition in der Richtlinie
1999/92/EG einheitlich geregelt. Sie muss mit Silo (Staub)
Sachverstand auf die konkreten Verhältnisse
übertragen werden.
Explosionsgefährdete Bereiche werden nach Häu-
figkeit und Dauer des Auftretens von explosions-
fähiger Atmosphäre in Zonen unterteilt.
Die Darstellungen in Abb. 4 und 5 sind als Anregung
zu sehen. Im konkreten Fall sind für die Zonen-
einteilung viele Details und Einflussfaktoren zu
berücksichtigen.
Bildlegende
Zone 0, Zone 20
Zone 1, Zone 21
Zone 2, Zone 22
Abbildung 5 (Quelle: Fa. AZO, Osterburken)
15Grundlagen Explosionsschutz
Explosionsgefährdete Bereiche
Anmerkungen:
Gase, Dämpfe
Zone 0 1. Schichten, Ablagerungen und Aufhäufungen
Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphäre als von brennbarem Staub sind wie jede
Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen andere Ursache, die zur Bildung einer
oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder explosionsfähigen Atmosphäre führen kann,
häufig vorhanden ist. zu berücksichtigen.
Zone 1
2. Als Normalbetrieb gilt der Zustand, in
Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich
dem Anlagen innerhalb ihrer Ausle-
eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus
gungsparameter benutzt werden.
Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln
bilden kann. 3. Die Definitionen für explosionsfähige
Zone 2 Atmosphären entsprechen den
Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosions- europäischen Richtlinien und EN-IEC
fähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brenn- Normen:
baren Gasen, Dämpfen oder Nebeln normalerweise
– Explosionsfähige Atmosphäre:
nicht oder aber nur kurzzeitig auftritt.
Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen,
Dämpfen, Nebeln oder Stäuben
Staub
unter atmosphärischen Bedingungen,
Zone 20
indem sich der Verbrennungsvorgang
Bereich, in dem explosionsfähige Atmosphäre
nach erfolgter Entzündung auf das
in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem
gesamte unverbrannte Gemisch
brennbaren Staub ständig, über lange Zeiträume
überträgt.
oder häufig vorhanden ist.
Zone 21 – Gefährliche explosionsfähige
Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich Atmosphäre:
eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Explosionsfähige Atmosphäre, die bei
Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Explosion zu Schaden führt und
Staub bilden kann. Maßnahmen zum Schutz der
Zone 22 Arbeitnehmer vor Explosionsgefahren
Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosions- erforderlich machen.
fähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der
Luft enthaltenem brennbaren Staub normalerweise
nicht oder aber nur kurzzeitig auftritt.
Organisatorische Maßnahmen
IEC 60079-10-1 geht für Gase und Dämpfe von einer Hersteller explosionsgeschützter Systeme, Geräte
annähernd gleichen Einteilung aus, die auch für und Komponenten, Errichter und Betreiber von
zukünftige Anlagen nach USA-Norm NEC 505 Gül- Anlagen schaffen gemeinsam die Voraussetzungen
tigkeit hat. IEC 60079-10-2 gibt Unterstützung für für den sicheren Betrieb von Anlagen in explosions-
die Zoneneinteilung bei Stäuben und gilt auch für gefährdeten Bereichen. Beim Betreiber ist das
Anlagen, die nach der US-Norm NEC 506 errichtet Wissen der Mitarbeiter um die Zusammenhänge
wurden. des Explosionsschutzes und um die getroffenen
Maßnahmen, die zu ihrer Vermeidung angewendet
Aus dieser Einteilung ergibt sich der Umfang der zu werden, eine wichtige Voraussetzung dafür.
ergreifenden Maßnahmen nach Anhang II, Abschnitt
A der Richtlinie 1999/92/EG in Verbindung mit Über den Inhalt des Explosionsschutzdokumentes
Anhang I der Richtlinie 2014/34/EU. nach Richtlinie 1999/92/EG in Europa und die
betrieblich geltenden Regelungen sollten die
In Arbeitsstätten weisen die explosionsgefährdeten Mitarbeiter in regelmäßigen Zeitabständen geschult
Bereiche allgemein höchstens Zone 1 oder 2 und 21 und mit schriftlichen Betriebsanweisungen, die
oder 22 auf. Die Zonen 0 und 20 beschränken sich regelmäßig aktualisiert werden müssen, informiert
auf sehr kleine unzugängliche Abschnitte von werden.
Arbeitsstätten oder sind in der Regel dem Innenbe-
reich technologischer Einrichtungen vorbehalten.
16Explosionstechnische Temperatur-
klassen
Zündtemperatur-
bereich
zulässige
Oberflächen-
Kennzahlen T1
der Gemische
> 450 °C
temperatur der Geräte
450 °C
Damit eine optimierte Zuordnung der Maßnahmen T2 > 300 °C ... ≤ 450 °C 300 °C
zum Explosionsschutz zu den chemisch-physikali- T3 > 200 °C ... ≤ 300 °C 200 °C
schen Eigenschaften der brennbaren Gase, Dämpfe
und Stäube erfolgen kann und damit eine Standar- T4 > 135 °C ... ≤ 200 °C 135 °C
disierung der Zündschutzarten für die Hersteller T5 > 100 °C ... ≤ 135 °C 100 °C
möglich ist, wurde ein System explosionstechni- T6 > 85 °C ... ≤ 100 °C 85 °C
scher Kennzahlen geschaffen. Diese werden nach
Tabelle 1
anwendungsorientierten vereinbarten Prüfverfahren
bestimmt.
Zündtemperatur von Stäuben
Damit brennbare Stoffe durch die Reaktion mit (Schicht und Wolke)
dem Sauerstoff in der Luft einen explosionsartigen
Für Stäube ist das Bestimmungsverfahren der
Ablauf hervorrufen können, ist die Zufuhr von
Zündtemperatur ebenfalls vereinheitlicht und in
Energie erforderlich.
dem Dokument EN-ISO/IEC 80079-20-2 festge-
schrieben. Zu beachten ist, dass der Staub in abge-
Diese Energie wird beispielsweise an Flächen aus-
lagerter Form - als Schicht - und in aufgewirbelter
getauscht. Eine erwärmte Fläche erhöht den Ener-
Form - als Wolke - unterschiedliche Zündtemperatu-
gieinhalt des kontaktierenden explosionsfähigen
ren aufweist (lese: schwelend).
Gemisches. Bei ausreichender Oberflächentempera-
tur führt dann der erhöhte Energieinhalt im Gemisch
Die zulässige Oberflächentemperatur (für den Staub
zum Ablauf der Explosionsreaktion. Die Energie kann
zugängliche Teile der Systeme, Geräte und Kompo-
aber auch durch einen Funken oder einen aus einem
nenten) ergibt sich, indem von der Zündtemperatur
Spalt austretenden heißen Gasstrahl in das explosi-
der Staubschicht der Wert 75 K (Tmax.= T5 mm - 75 K)
onsfähige Gemisch eingebracht werden. Beide Arten
abgezogen wird und von der Zündtemperatur der
führen zur Festlegung unterschiedlicher explosions-
Staubwolke 2/3 (Tmax.= 2/3 TWolke) errechnet wird.
technischer Kennwerte.
Die zulässige Oberflächentemperatur des Betriebs-
mittels muss immer kleiner sein als das niedrigste
Zündtemperatur Ergebnis der mit den oben genannten Formeln
ermittelten Tmax-Werte. Für Stäube sind keine
Temperaturklassen definiert, es muss also immer
Temperaturklassen der Gase eine konkrete Staubart betrachtet werden. Die
Parameter werden in umfangreichen Tabellen zur
und Dämpfe Verfügung gestellt, Laboratorien ermitteln die Werte
Vielfältige Faktoren wie Größe, Gestalt, Art und auf Anfrage, eine kleine, nicht amtliche Übersicht
Beschaffenheit der Oberfläche beeinflussen die enthält die folgende Tabelle 2.
Zündtemperatur. ISO, IEC und CENELEC haben sich
für Gase und Dämpfe auf ein EN-ISO/IEC 80079-
400
20-1 festgelegtes „Verfahren zur Ermittlung der
°C
Zündtemperatur“ verständigt. Dieses Verfahren
wurde so definiert, dass mit ihm der niedrigste,
Max. zulässige
Oberflächentemperatur des Gerätes
praktisch mögliche Wert sehr nahe bestimmt wird. 300
Nach diesem Verfahren teilt man die Gase und
Dämpfe in Temperaturklassen ein. Gemäß diesen
200
Temperaturklassen werden explosionsgeschützte
Betriebsmittel und andere technologische Einrich-
tungen in ihren Oberflächentemperaturen so aus-
gelegt, dass eine Oberflächentemperaturzündung 100
ausgeschlossen wird. In den Normen sind zulässige
Überschreitungen und zwingende Unterschreitun-
gen dieser Regelwerte differenziert festgelegt. 0
0 10 20 30 40 50 mm
Schichtdicke
Abbildung 6
17Grundlagen Explosionsschutz
Beispiele für Zündtemperaturen von Stäuben
Bezeichnung Zündtemperatur Zündtemperatur Zulässige Grenztemperatur des Gerätes
des Feststoffes EN ISO/IEC EN ISO/IEC Kleinster Wert der Rechnung (T5 mm Schicht -75 K) und 2/3* TWolke
80079-20-2 80079-20-2
> 300 > 280 > 260 > 230 > 215 > 200 > 180 > 165 > 160 > 135
T5 mm Schicht (°C) T5 mm Wolke (°C)
...450 ...300 ...280 ...260 ...230 ...215 ...200 ...180 ...165 ...160
Stäube von Naturprodukten (Beispiele)
Baumwolle 350 560 275
Braunkohle 225 380 150
Cellulose 370 500 295
Getreide 290 420 215
Holzmehl 300 400 225
Kakao 460 580 385
Kork 300 470 225
Kraftfutter 295 525 220
Milchpulver 340 440 265
Papier 300 540 225
Soja 245 500 170
Stärke 290 440 215
Steinkohle 245 590 170
Tabak 300 450 225
Tee 300 510 225
Weizenmehl 450 480 320
Stäube von chemisch-technischen Produkten (Beispiele)
Celluloseether 275 330 200
Isosorbiddinitrat 240 220 146
Kautschuk 220 460 145
Petrolkoks 280 690 205
Polyvenylacetat 340 500 265
Polyvenylchlorid 380 530 305
Ruß 385 620 310
Schichtpressstoff 330 510 255
Schwefel 280 280 186
Metallstäube (Beispiele)
Aluminium 280 530 205
Bronze 260 390 185
Eisen 300 310 206
Magnesium 410 610 335
Mangan 285 330 210
Tabelle 2
18Explosionsuntergruppen Der Wert der Grenzspaltweite ist von erheblicher Bedeu-
tung für Konstruktionen der Zündschutzart „Druckfeste
für Gase/Dämpfe Kapselung“; der Wert des Mindestzündstromverhältnisses
für solche der Zündschutzart „Eigensicherheit“. Für diese
beiden Zündschutzarten sind die Untergruppen IIA, IIB und
Mindestzündstromverhältnis (MIC)
IIC der Gase und Dämpfe von Bedeutung. Die Aussagen für
Grenzspaltweite (MESG)
Gase und Dämpfe lassen sich annähernd auch auf Nebel
Die Zündung an heißen Flächen läuft in einem verhält-
übertragen.
nismäßig großen „makroskopischen“ Teil der Gemische
ab. Dagegen breitet sich die durch einen Funken
Für die Beurteilung von Bedingungen, die die Eigensicher-
verursachte Zündung von einem vergleichsweise
heit betreffen, werden die MIC-Verhältniswerte üblicher-
kleinen „mikroskopischen“ Teil des Volumens aus. Die
weise nicht verwendet. Da es auch um Spannungen geht, ist
Entladung eines Kondensators (Staub) oder die Unter-
es vorzuziehen, die Mindestzündenergie M I E [in Joule] von
brechung eines vereinbarten ohmschen/induktiven
Gasen und Dämpfen zu verwenden, wobei eine allgemein
Stromkreises (Gas und Dämpfe) wird zur Einteilung der
akzeptierte, aber indikative Tabelle für die Gruppen IIA, IIB
brennbaren Stoffe nach ihrer Entzündbarkeit im mikro-
oder IIC wie folgt zur Verfügung steht:
skopischen Teil des Gemischvolumens genutzt.
– IIA MIE = 180 µJ
Für die Graduierung der Zündung der Gase und Dämpfe
im Stromkreis mit einer in EN-IEC 60079-11 festgeleg- – IIB MIE = 60 µJ
ten Apparatur wird eine Vergleichszahl zu Methan
– IIC MIE = 20 µJ
mit einem Normstromkreis verwendet. Diese Ver-
gleichszahl ist das Mindestzündstromverhältnis MIC.
Danach lassen sich die Gase und Dämpfe innerhalb der
Explosionsgruppe II in die Untergruppen IIA, IIB und IIC
Explosionsuntergruppen
einteilen, wobei Methan zum Verhältnis 1 wird. für brennbare Stäube
Aus der Sicht der Elektrotechnik können die Stäube nicht
Eine analoge Einteilung ergibt sich, wenn die Zünd-
so feingliedrig zugeordnet werden, wie die chemisch
fähigkeit eines aus einem Spalt austretenden heißen
definierten Gase und Dämpfe. Deshalb begnügt man sich
Gasstrahls zur Klassifizierung genutzt wird. Das ist das
mit Art und Leitfähigkeit des Staubes zur Unterteilung. Die
urspüngliche Verfahren. Später wurden die Grenzen der
EN-ISO/IEC 80079-20-2 beinhaltet das Prüfverfahren zur
MIC-Werte an die MESG-Werte angeglichen. In EN-ISO/
Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstandes
IEC 80079-20-1 „Prüfverfahren zur Feststellung der
von Stäuben. Entsprechend dieses Widerstandes werden
experimentell ermittelten Grenzspaltweite“ ist eine
Stäube in 3 Untergruppen aufgeteilt:
Apparatur vereinbart, bei der ein kugelförmiges Gasvo-
lumen von 20 cm³ von zwei Halbkugelschalen gebildet
– IIIA brennbare Flusen
wird. Diese weisen einen Flansch von 25 mm Breite auf.
Dieses Kugelgebilde wird in einem größeren Gefäß – IIIB nicht leitfähiger brennbarer Staub,
angeordnet und beide Räume werden mit dem Gemisch spezifischer elektrischer Widerstand > 10³ Ω • m
gefüllt, für welches die Bestimmung der Grenzspalt-
– IIIC leitfähiger brennbarer Staub,
weite vorgenommen werden soll. Der Abstand des
spezifischer elektrischer Widerstand ≤ 10³ Ω • m
25 mm breiten Flansches, bei dem bei zehn Zündungen
im Kugelvolumen gerade keine Zündung des Gemisches
im äußeren Gefäß hervorgerufen wird, ist eine gemisch- Die Mindestzündenergie, eine dem Mindestzündstrom
spezifische Größe und wird als maximal experimentell ähnliche Größe, wird nach EN-ISO/IEC 80079-20-2 für
ermittelte sichere Spaltweite - MESG - bezeichnet. brennbare Stäube oder Flugstoffe ermittelt und liegt im
mJ-Bereich (um den Faktor 1000 höher als die MZE für
Die Vorgänge der Verhinderung oder des Stattfin- Gase und Dämpfe).
dens der Explosionsübertragung im Spalt sind sehr
komplex. Die Einteilung der Gase und Dämpfe nach der
Grenzspaltweite ergibt angenähert - mit geringen Über-
schneidungen - die gleiche Zuordnung, wie sie nach
dem Mindestzündstromverhältnis erfolgt. EN-ISO/IEC
80079-20-1 liefert eine Übersicht über die Zuordnung
zu den beiden Bestimmungsverfahren MESG und MIC.
19Grundlagen Explosionsschutz
Beispiele für die Zuordnung von Gasen und Dämpfen zu den jeweiligen
Temperaturklassen und Explosionsuntergruppen
Untergruppen (Kennzeichnung)
IIA IIB IIC Zuordnung der Gase Temperaturklasse
und Dämpfe nach der
Zündtemperatur
Aceton Stadt-(Leucht-) gas Wasserstoff > 450 °C T1
Ammoniak
Benzol - rein
Essigsäure
Ethan
Ethylacetat
Ethylchlorid
Methan
Methanol
Methylenchlorid
Naphthalin
Phenol
Propan
Toluol
n-Amylacetat Butanol (Butylalkohol) Acetylen (Ethin) > 300 °C bis < 450 °C T2
n-Butan Ethanol (Ethylalkohol)
Essigsäureanhydrit Ethylen
Ethylenoxid
Cyclohexan Schwefelwasserstoff > 200 °C bis < 300 °C T3
Petroleum
Dieselkraftstoff
Düsenkraftstoff (Kerosin)
n Hexan
Acetaldehyd Ethylether > 135 °C bis < 200 °C T4
> 100 °C bis < 135 °C T5
Ethylnitrit Schwefelkohlenstoff > 85 °C bis < 100 °C T6
Zuordnung der Gase und Dämpfe nach:
1. Grenzspaltweite (MESG)
> 0.9 mm 0.5 mm < MESG < 0.9 mm < 0.5 mm
2. Mindestzündstromverhältnis (MIC-Verhältnis) (bezogen auf Methan = 1)
> 0.8 0.45 < MIC < 0.8 < 0.45
Explosionsuntergruppe
IIA IIB IIC
Tabelle 3
20Schutzprinzipien Explosionsfähige Gemische können in das Betriebs-
mittel, in dem sich eine Zündquelle befinden kann,
eindringen und gezündet werden. Die Übertragung
Um zu verhindern, dass Geräte und Komponenten
der im Inneren ablaufenden Explosion auf den
zu Zündquellen werden, sind vier Schutzprinzipien
umgebenden Raum wird ausgeschlossen.
definiert.
Zündschutzarten Beispiele:
Die Schutzprinzipien können für elektrische und
– Druckfeste Kapselung (Ex d) -
nicht-elektrische Betriebsmittel und für Gase oder
elektrische und nicht-elektrische Geräte
Stäube angewendet werden. Die Prinzipien ermög-
lichen eine Auslegung in verschiedenen Sicher- – Sandkapselung (Ex q) - elektrische Geräte
heitskategorien gemäß der Richtlinie 2014/34/EU
bzw. dem Geräteschutzniveau (EPL) nach der Reihe
EN- IEC 60079-0:
Das Betriebsmittel besitzt eine Kapselung, die das
Eindringen des explosions-fähigen Gemisches und/
Geräte- sehr hoher Schutzgrad oder den Kontakt mit den funktionsbedingten mög-
kategorie 1 und damit sehr hohes Maß an lichen inneren Zündquellen verhindert.
Sicherheit
Zündschutzarten Beispiele:
Geräte- hoher Schutzgrad – Überdruckkapselung (Ex p) -
kategorie 2 und damit hohes Maß an Sicherheit elektrische und nicht-elektrische Geräte
– Schutz durch Gehäuse (Ex t) - elektrische Geräte
Geräte- normaler Schutzgrad
kategorie 3 und damit erhöhtes Maß an – Ölkapselung (Ex o) elektrische Geräte
Sicherheit – Flüssigkeitskapselung (Ex h (alt k)) -
nicht-elektrische Geräte
Geräte- sehr hoher Schutzgrad
schutzniveau und damit sehr hohes Maß an – Vergusskapselung (Ex m) - elektrische Geräte
a Sicherheit
Geräte- hoher Schutzgrad und Explosionsfähige Gemische können in das Gehäuse
schutzniveau damit hohes Maß an Sicherheit des Betriebsmittels eindringen, dürfen aber nicht
b gezündet werden.
Funken und zündfähige Temperaturen müssen
Geräte- normaler Schutzgrad und damit verhindert sein.
schutzniveau erhöhtes Maß an Sicherheit
c Zündschutzarten Beispiele:
– Erhöhte Sicherheit (Ex e) - elektrische Geräte
Eine wesentliche Grundvoraussetzung für alle
Schutzprinzipien ist, dass die Teile, zu denen die – Konstruktive Sicherheit (Ex h (alt c)) -
explosionsfähige Atmosphäre ungehinderten nicht-elektrische Geräte
Zugang hat, hinsichtlich der Zündtemperatur der
am Einsatzort vorhandenen Stoffe keine unzuläs-
sigen Temperaturen annehmen können. Damit ist
Explosionsfähige Gemische können in das Gehäuse
die Zündtemperatur für alle Schutzprinzipien von
des Betriebsmittels eindringen, dürfen aber nicht
Bedeutung. Vier Schutzprinzipien können Betriebs-
gezündet werden.
mittel als Zündquelle ausschließen. Die in der
Funken und erhöhte Temperaturen dürfen nur
Übersicht als Beispiel genannten Zündschutzarten
begrenzt auftreten.
werden in einem weiteren Abschnitt behandelt.
Zündschutzarten Beispiele:
Zündquellen, die aus Reib- und Schlagfunken sowie
– Eigensicherheit (Ex i) - elektrische Geräte
elektrostatischen Aufladungen herrühren, sind
an explosionsgeschützten Betriebsmitteln durch – Zündquellenüberwachung (Ex h (alt b)) -
Werkstoffauswahl wie auch durch konstruktive nicht-elektrische Geräte
Maßnahmen auszuschließen. Dieser Sachverhalt
wird durch entsprechende Prüfungen nachgewiesen
und bestätigt.
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