Explosionsgefährdete Bereiche

Magnetventile für
explosionsfähige Atmosphären
Explosionsgefährdete Bereiche
Entstehungsgeschichte
Gasgruppen
Die Einteilung von explosionsgefährdeten Gruppe I: Elektrische Geräte zur Verwendung in Bergwerken, die durch GrubenBereichen in Zonen bezieht sich auf den
gas gefährdet sind.
Schutzgrad für elektrische Betriebsmit- Gruppe II: Elektrische Geräte zur Verwendung in den übrigen Bereichen, die
tel, die in Bereichen installiert werden, die
durch eine explosionsfähige gashaltige Atmosphäre gefährdet sind.
durch brennbare Gase oder Dämpfe exploKategorie
Auftreten von
sionsfähig sind (IEC 60079-10). Da sich dieZone
(2014/34/EU)
explosionsfähiger Atmosphäre
ses Konzept als erfolgreich erwies, wurde es
Ständig, häufig oder über lange Zeiträume
Zone 0
1 G (1)
ebenfalls auf den Staubbereich angewenZone
1
2
G
Gelegentlich bei Normalbetrieb
Gruppe
II
det. (IEC-EN 61241-10).
Die neue Ausgabe der Norm IEC 60079-0
(2009) [EN 60079-0 (2009)] ersetzt
IEC-EN 60079-10 und IEC-EN 61241-10
durch die folgenden Normen:
•IEC-EN 60079-10-1: Einteilung der Bereiche, gasexplosionsgefährdete Bereiche
Zone 2
Gruppe I
(Bergbau)
Definition der Bereiche, in denen
explosionsfähige Atmosphären
vorhanden sein können
Mit der Einteilung einer Anlage in verschiedene Zonen ist folgendes beabsichtigt (gemäß ATEX 1999/92/EG):
•Die Festlegung der Kategorien von Geräten zur Verwendung in den jeweiligen
Zonen, sofern sie für Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube geeignet sind.
•Die Einteilung von explosionsgefährdeten Bereichen in Zonen zur Vermeidung
potentieller Zündquellen und Festlegung
der elektrischen bzw. nichtelektrischen
Geräte, die in den jeweiligen Zonen
benutzt werden sollen. Die Zonen sind
in Abhängigkeit der Wahrscheinlichkeit
einer Explosionsgefahr durch Gase oder
Stäube festgelegt.
14
M2
Selten und nur kurzzeitig (nicht bei Normalbetrieb)
Vorhanden (Methan, Staub)
Mit hoher Wahrscheinlichkeit (Methan, Staub)
Staubgruppen (entsprechend der 5. Ausgabe, IEC 60079-0, 2007 (EN 60079-0, 2009) (2))
Gruppe III :Elektrische Betriebsmittel für Bereiche mit einer explosionsfähigen
Staubatmosphäre.
•IEC-EN 60079-10-2: Einteilung der Bereiche, staubexplosionsgefährdete Bereiche (Staubgruppen/EPL)
Die Norm EN 60079-14 legt die Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer
Anlagen fest.
3G
M1 (1)
Zone
Kategorie
(2014/34/EU)
Zone 20
1 D (1)
Auftreten von
explosionsfähiger Atmosphäre
Ständig, häufig oder über lange Zeiträume
(Luft/Wolke brennbaren Staubs)
Gruppe III Zone 21
2D
Gelegentlich bei Normalbetrieb
Zone 22
3D
Selten und nur kurzzeitig
Die Einteilung der Anlage in Zonen liegt in der Verantwortung des Betreibers. Er muss
die einzelnen Bereiche einer Anlage prüfen, um zu bestimmen, in welche Zone sie jeweils
einzuteilen sind. Bereiche mit einer explosionsfähigen Atmosphäre aus Gasen oder
Dämpfen und Bereiche mit einer explosionsfähigen Atmosphäre aus Staub müssen
getrennt festgesetzt werden.
Geräteschutzniveaus (Equipment Protection Levels - EPL)
Unter normalen Bedingungen wird die Beziehung zwischen Zone und Geräteschutz durch
die Geräteschutzniveaus (EPL) aufrecht erhalten. Wird jedoch ein Risiko als besonders
hoch eingestuft, kann das erforderliche Geräteschutzniveau erhöht werden. In gleicher
Weise wird bei einem besonders niedrigen oder vernachlässigbaren Risiko das Geräteschutzniveau nach unten von der Norm abweichen.
Die folgende Tabelle stellt die übliche Beziehung zwischen Geräteschutzniveau (EPL) und
Zone / Kategorie dar, ohne zusätzliche Risikobewertung.
Equipment Protection Level (EPL) Normal anwendbare Zone(n)
(1)G
Ga
0 (sowie 1 und 2)
Gb
1 (und 2)
2G
Gc
2
3G
1G
Da
20 (sowie 21 und 22)
1D
Db
21 (und 22)
2D
Dc
22
3D
Ma / Mb
Bergbau
M1 / M2
= Gas ; D = Staub; M = Bergbau
IEC 61241-0 (Stäube)
(2)Einschl.
Kategorie
(2014/34/EU)
ASCO – Fluidautimation für Entstaubungsanlagen
Beispiele für eine Einteilung in unterschiedliche Zonen
Abbildung A für eine explosionsfähige Atmosphäre aus Gasen:
Zone 0
Zone 1
Zone 2
Zone 2
Zone 0
Zone 1
Zone 2
Zone 0
Zone 1
Abb. A
Abbildung B für eine explosionsfähige Atmosphäre aus Stäuben:
Zone 20
Zone 21
Zone 22
Zone 22
Zone 21
Neben stehende Abbildungen
A und B dienen lediglich als
Beispiel und auf keinen Fall als
Modell oder Anleitung für eine
entsprechende Anlage, bei der
unter allen Umständen die Verantwortung dem Errichter und
Betreiber obliegt.
Zone 20
Staubabscheider
Filtersack
Abb. B
15
Magnetventile für
explosionsfähige Atmosphären
Kennzeichnung
Spezifisches Symbol für explosionsgeschützte
- elektrische Geräte [EN 50014] zur Anzeige
der Zündschutzart gemäß den Europäischen
Normen EN 50015 bis EN 50028.
- nicht-elektrische Geräte (EN 13463-1) und
Zündschutzarten gemäß EN 13463-2, 3, 4, 6
und 7, EN 13463-5, EN 13463-8.
Sechseck-Symbol für die spezifische
Kennzeichnung der elektrischen und nichtelektrischen Geräte für den Explosionsschutz.
Kennnummer der benannten Stelle, die
die EG-Baumusterprüfbescheinigung erteilt
hat (z.B.: 0081 = LCIE).
CE-Kennzeichnung zur Anzeige der
Übereinstimmung mit den Europäischen
Richtlinien.
Wie werden Geräte zur Verwendung in explosionsfähigen Atmosphären nach
ATEX, EN 50014, EN 50281-1-1 oder EN 13463-1 gekennzeichnet?
„d” „e” „i” „m”
„n”
„o”
„p”
„q”
„c”
-
: Druckfeste Kapselung
EN 50018
: Erhöhte Sicherheit
EN 50019
:Eigensicherheit „ia“ oder „ib“ EN 50020
:Vergusskapselung EN 50028
:Nicht zündfähig EN 50021
:Ölkapselung
EN 50015
:Überdruckkapselung
EN 50016
:Sandkapselung
EN 50017
:Konstruktive Sicherheit
EN 13463-5
:Brennbarer Staub
EN 50281-1-1
ZÜNDSCHUTZARTEN
GERÄTEGRUPPEN
0081 q II 2 G
EEx ia
IIC
0081 q II 2 GD
0081
I: Untertagebergbau
sowie dessen
Übertageanlagen
II: Alle übrigen Bereiche
(siehe Seite 14)
q
II 2 D
Gerätekategorie
(G = Gas; D = Staub)
M1
M2
1 G oder 1 D
2 G oder 2 D
3 G oder 3 D
c
IP65
T6
T 85°C T6
T 135°C
Schutzgrad der
Gehäuse entsprechend
der spezifizierten
Temperaturklasse (EN 60529).
Maximale Oberflächentemperatur (Begrenzung
aufgrund des Vorhandenseins
einer Wolke aus in der Luft
enthaltenem brennbaren Staub).
Staubhaltige Atmosphären
Kennzeichnung nach ATEX-Richtlinie 2014/34/EU
Zusätzliche Kennzeichnung von elektrischen Geräten nach EN 50014
Zusätzliche Kennzeichnung von nicht-elektrischen Geräten nach EN 13463-5
16
TEMPERATURKLASSEN
ASCO – Fluidautimation für Entstaubungsanlagen
Spezifisches Symbol für explosionsgeschützte Geräte nach EN / IEC
SCHUTZARTEN
Untertagebergbau sowie
dessen Übertageanlagen: M1 M2
Gas : G
Staub : D
Kategorien: 1 (Zone 0) - 2 (Zone 1) - 3 (Zone 2)
I: Untertagebergbau, II: Alle übrigen Bereiche (siehe S. 14).
Sechseck-Symbol für die spezifische
Kennzeichnung der elektrischen und nicht-elektrischen Geräte für den Explosionsschutz.
Kennnummer der benannten Stelle, die die
EG-Baumusterprüfbescheinigung erteilt hat
(z.B.: 0081 = LCIE).
CE-Kennzeichnung zur Anzeige der
Übereinstimmung mit den Europäischen
Richtlinien.
Wie werden Geräte zur Verwendung in explosionsfähigen Atmosphären nach
ATEX, EN 60079-0, EN 61241-0 oder EN 13463-1 gekennzeichnet?
Elektrische Geräte für gashaltige Atmosphären:
„d“ : Druckfeste Kapselung EN 60079-1
„e“ : Erhöhte Sicherheit EN 60079-7
„i“ : Eigensicherheit EN 60079-11 (ia/ib/ic)
„m“: Vergusskapselung EN 60079-18 (ma/mb/mc)
„n“ : Nicht zündfähig EN 60079-15 (nA/..)
Elektrische Geräte für staubhaltige Atmosphären:
„tD“: Schutz durch Gehäuse EN 61241-1
„mD“: S
chutz durch Vergusskapselung EN 61241-18 (maD/mbD)
„iD“: Schutz durch Eigensicherheit EN 61241-11
Nicht-elektrische Geräte:
„c“: Schutz durch konstruktive Sicherheit EN 13463-5
0081 q II 2 G
Ex
d
0081 q II 2 D
Ex
tD
0081 q II 2 D
Ex
Ex
Kennzeichnung nach EN 60079-1
(Elektrische Geräte für gasexplosionsgefährdete Bereiche)
Kennzeichnung nach EN 61241-1
(Elektrische Geräte zur Verwendung
in Bereichen mit brennbarem Staub)
Kennzeichnung nach EN 13463-5
(Nicht-elektrische Geräte)
Kennzeichnung nach EN-IEC 60079-0 (2007),
einschl. EN 61241-0 ;
EN-IEC 60079-1/EN-IEC 61241-1
T4
IIC
A21
IP67 T135°C
c
T85°C
T6
d
t
IIB Gb
IIIC Db IP67 T85°C
T6
ma oder ia = Einsatz in
Zone 0, Gas (D = Staub)
mb oder ib = Einsatz in
Zone 1, Gas (D = Staub)
A=
Nach Verfahren “A” für
den Einsatz in einer bestimmten Zone (z.B. 21)
geschützt (staubdichtes
Gehäuse IP6X)
Gerätegruppen
(IIA, IIB, IIC,
IIIA, IIIB, IIIC)
Maximale
Oberflächentemperatur
Temperaturklasse
Schutzarten (IPCode) durch Gehäuse
(EN 60529)
Equipment
Protection Level (EPL
- Geräteschutzniveaus)
17
Magnetventile für
explosionsfähige Atmosphären
Zündschutzarten
Zündschutzarten für den Einsatz von elektrischen Geräten
in gashaltigen Atmosphären
Bei den Zündschutzarten handelt sich um die Anwendung von Schutzmaßnahmen bei elektrischen Betriebsmitteln, um eine
Entzündung der sie umgebenden Atmosphäre zu verhindern.
Schutzart
0
"d"
"e"
"i"
"ia"
"ib"
"m"
●
Zonen
Beschreibung
1
2
●
●
Die Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre zünden können,
werden 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
explosionsfähige Atmosphäre verhindert.
●
●
Es sind Maßnahmen getroffen worden, um mit einem erhöhten
Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher Temperaturen
und des Entstehens von Funken oder Lichtbögen im Innern oder an
äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, zu verhindern.
●
●
●
●
"n"
●
Es sind Maßnahmen getroffen worden, um mit einem erhöhten
Grad an Sicherheit die Möglichkeit unzulässig hoher Temperaturen
und des Entstehens von Funken oder Lichtbögen im Innern oder an
äußeren Teilen elektrischer Betriebsmittel, bei denen diese im normalen Betrieb nicht auftreten, zu verhindern.
●
Zündschutzart, bei der die Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre durch Funken oder Erhitzung entzünden könnten, in einer
Vergussmasse derart eingebettet sind, dass diese explosionsfähige
Atmosphäre nicht entzündet werden kann.
●
Zündschutzart, bei der die Teile derart ausgeführt sind, dass eine
umgebende explosionsfähige Atmosphäre bei Normalbetrieb und
unter bestimmten, in der Norm festgelegten Bedingungen nicht
entzündet werden kann. Es handelt sich um die folgenden fünf
Gerätekategorien: nA (nicht funkendes Material), nC (hermetisch
dichte Einrichtung), nR (schwadensichere Gehäuse), nL (energiebegrenzte Betriebsmittel und Stromkreise) sowie nP (vereinfachte
Überdruckkapselung).
"o"
●
●
In Öl eingeschlossenes elektrisches Betriebsmittel.
"p"
●
●
Das Zündschutzgas im Innern wird unter einem Überdruck gegenüber der umgebenden Atmosphäre gehalten.
"q"
●
●
Füllung des Gehäuses mit feinkörnigem Füllgut.
ASCO bietet Produkte in den folgenden Zündschutzarten an:
- Nach Zündschutzart "d", "m", "em", "n" oder "i" zugelassene Magnetventile;
- Nach Schutzart "c" zugelassene pneumatisch betätigte Ventile, fremdbetätigte Ventile, Zylinder
und Geräte für die Luftaufbereitung.
18
Darstellung
R
U
L
C
ASCO – Fluidautimation für Entstaubungsanlagen
Zündschutzarten für den Einsatz von elektrischen Geräten
in Bereichen mit brennbarem Staub (EN 60241-0)
Die Zündschutzarten gelten für elektrische Geräte für die Verwendung in Bereichen, in welchen brennbarer Staub in solcher Menge vorhanden sein kann, dass er zu einer Gefahr durch Feuer oder Explosion führen könnte.
EN 61241-1 = tD ; EN 61241-18 = mD ; EN 61241-11 = iD
Schutzart
20
"tD"
Zonen
21
●
22
●
Beschreibung
Darstellung
Elektrische Betriebsmittel mit Schutz durch Gehäuse und
Begrenzung der maximalen Oberflächentemperatur zur
Verwendung in Bereichen, in welchen brennbarer Staub in
solcher Menge vorhanden sein kann, dass er zu einer Gefahr
durch Feuer oder Explosion führen könnte.
Die Zündschutzart basiert auf der Begrenzung der maximalen Oberflächentemperatur des äußeren Gehäuses und
der anderen Oberflächen, auf denen sich Staub ansammeln
kann, und auf der Einschränkung des Staubeintrittes durch
die Verwendung von „staubdichten“ oder „staubgeschützten“ Gehäusen.
Die Norm gilt nicht für elektrische Betriebsmittel für den
Einsatz in Untertagebetrieben von Bergwerken und deren
Übertageanlagen, die durch Grubengas und/oder brennbare Stäube gefährdet werden können, und ebenfalls nicht
für aus dem Staub entstehende giftige Gase.
maD
●
●
●
Die Zündschutzart “mD” bezeichnet elektrische Betriebsmittel mit Schutz durch Vergusskapselung und Begrenzung
der maximalen Oberflächentemperatur zur Verwendung in
Bereichen, in welchen brennbarer Staub in solcher Menge
vorhanden sein kann, dass er zu einer Gefahr durch Feuer
oder Explosion führen könnte.
●
Zündschutzart, bei der Teile, die eine explosionsfähige Atmosphäre entweder durch Funken oder durch Erwärmung
zünden können, in eine Vergussmasse so eingebettet sind,
dass weder eine Staubwolke noch eine Staubablagerung unter Betriebs oder Installationsbedingungen gezündet werden kann.
●
Zündschutzart für eigensichere Betriebsmittel für den
Einsatz in potentiell explosionsgefährdeten Staubatmosphären sowie zugehörige Betriebsmittel für
den Anschluss an eigensichere, für den Einsatz in
derartigen Atmosphären bestimmte Stromkreise.
Gilt für elektrische Betriebsmittel mit Stromkreisen, in denen kein Funke oder kein thermischer Effekt die Zündung
einer umgebenden brennbaren Staubatmosphäre verursachen kann.
"mD"
mbD
"iD"
●
●
●
R
U
L
C
Zündschutzart für nicht-elektrische Geräte (EN 13463-5 = c)
"c"
●
●
●
Zündschutzart für eigensichere Betriebsmittel für den Einsatz in potentiell explosionsgefährdeten Staubatmosphären
sowie zugehörige Betriebsmittel für den Anschluss an eigensichere, für den Einsatz in derartigen Atmosphären bestimmte Stromkreise.
Gilt für elektrische Betriebsmittel mit Stromkreisen, in denen kein Funke oder kein thermischer Effekt die Zündung
einer umgebenden brennbaren Staubatmosphäre verursachen kann.
19
Magnetventile für
explosionsfähige Atmosphären
Gerätegruppen
und Temperaturklassen
Einteilung der Gase in Explosionsgruppen
Gruppe I:
Geräte zur Verwendung in Untertagebetrieben von Bergwerken und deren Übertageanlagen,
die durch Grubengas und/oder brennbare Stäube gefährdet werden können.
Gruppe II: Geräte zur Verwendung in den übrigen Bereichen, die durch eine explosionsfähige Atmosphäre
gefährdet werden können (Industrie).
Bei den Zündschutzarten „d“ und „i“ ist die Gruppe II in IIA, IIB und IIC unterteilt. Ein mit IIB gekennzeichnetes elektrisches Betriebsmittel kann für Anwendungen in der Explosionsgruppe IIA eingesetzt werden. Ein mit IIC gekennzeichnetes elektrisches Betriebsmittel kann für Anwendungen in den Explosionsgruppen IIA und IIB eingesetzt werden.
Für die Zündschutzart „d“ wird nach der Grenzspaltweite (MESG – Maximum Experimental Safe Gap) und bei der Zündschutzart „i“ nach dem der Mindestgrenzstrom (MIC – Minimum Igniting Current) beurteilt.
Ein mit IIB gekennzeichnetes elektrisches Betriebsmittel kann für den Einsatz mit einem Gas der Gruppe IIC zugelassen sein. In diesem Fall wird die Kennzeichnung durch die chemische Formel und den Namen des Gases ergänzt
(z.B.: Ex d IIB + H2 gemäß EN 60079-0 und EN 60079-1).
Nachstehende Tabelle zeigt die Zugehörigkeit einiger gasförmiger Gemische zu den Gruppen:
Gruppe
I
Gas
Zündtemperatur (1) (°C)
Methan (Grubengas)
A
II
B
C
Aceton
Ammoniak
Essigsäure
Ethan
Kohlenmonoxid
Methan (CH4)
Methylenchlorid
Propan
n-Butan
n-Butyl
n-Hexan
Acetaldehyd
Ethylether
Ethylnitrit
Ethylen
Ethyloxid
Schwefelwasserstoff
Acetylen (C2H2)
Schwefelkohlenstoff (CS2)
Wasserstoff (H2)
540
630
485
515
605
595
556
470
365
370
240
140
170
90
425
429-440
270
305
102
560
T1
Temperaturklasse
T2
T3
T4
T5
T6
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
●
(1) Temperatur einer heißen Oberfläche, die die Entzündung eines gasförmigen Gemisches hervorrufen kann.
Die Zündtemperatur des gasförmigen Gemisches muss immer höher sein als die höchstzulässige Oberflächentemperatur. Es wird in der Praxis
ein Sicherheitsfaktor von 10 bis 20 % zwischen der Zündtemperatur und der Umgebungstemperatur eingehalten.
Die Zündtemperatur einer Wolke aus in der Luft enthaltenem Staub liegt zwischen 300 und 700°C. Bei 150 bi 350°C ist die Zündtemperatur einer
Staubschicht weit niedriger als die einer Wolke aus in der Luft enthaltenem Staub.
Da brennende Staubablagerungen eine Staubexplosion auslösen können, wenn der Brand auf eine Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub übergreift, müssen diese Werte zur Risikominderung berücksichtigt werden.
20
ASCO – Fluidautimation für Entstaubungsanlagen
Temperaturklassen
Die Einteilung in Temperaturklassen basiert auf die maximale Oberflächentemperatur der Geräte. Es handelt sich dabei um die
höchste unter den ungünstigsten Betriebsbedingungen auf einem Teil oder der gesamten Oberfläche eines elektrischen Betriebsmittels erreichte Temperatur, die in der Lage ist, eine umgebende explosionsfähige Atmosphäre zu zünden.
Gruppe I: Temperatur ≤ 150°C oder ≤ 450°C je nach Menge des Kohlenstaubs auf dem Gerät.
Gruppe II: Die Geräte sind folgendermaßen einzuteilen und zu kennzeichnen:
•vorzugsweise anhand der Temperaturklasse, die über die Oberflächentemperatur definiert wird
•oder ihre Verwendung ist gegebenenfalls auf die spezifischen brennbaren Gase oder Stäube zu beschränken,
für die die Geräte zugelassen sind (und sie sind entsprechend zu kennzeichnen).
Temperaturklasse
T1
T2
T3
T4
T5
T6
Maximale Oberflächentemperatur (°C)
450
300
200
135
100
85
Zündtemperatur (1) (°C)
> 450
> 300
> 200
> 135
> 100
> 85
Einteilung der Stäube in Explosionsgruppen
(entsprechend der 5. Ausgabe, IEC 60079-0)
Gruppe III: Elektrische Betriebsmittel für Bereiche mit einer explosionsfähigen Staubatmosphäre.
Die Gruppe III ist in IIIA (zündfähige Fasern und Flusen), IIIB (nicht-leitfähiger Staub) und IIIC (leitfähiger Staub) unterteilt.
Zündfähige Fasern und Flusen: Kleine Feststoffteilchen, mit einer Größe bis zu 500 µm, die in der Atmosphäre einige Zeit
suspendiert sein können, sich aber unter ihrem eigenen Gewicht absetzen, und sich dadurch auszeichnen, dass sie in Luft brennen oder glimmen können und dass sie bei atmosphärischem Druck und bei normalen Temperaturen zusammen mit Luft explosionsfähige Gemische bilden.
Nicht-leitfähiger Staub: Stäube mit einem spezifischen elektrischen Widerstand größer als 103 Ωm
Leitfähiger Staub: Stäube mit einem spezifischen elektrischen Widerstand bis zu 103 Ωm
Brennbarer Staub
Aluminium
Baumwolle
Getreide
Magnesium
Soyabohnen
Schwefel
Stärke
Tabak
Zündtemperatur (1)
(°C)
530
560
420
610
500
280
440
450
Selbstentzündungstemperatur von
Staubschichten (1) (°C)
280
350
290
410
245
280
290
300
(1) Die maximale Oberflächentemperatur ist zu bestimmen und auf die spezifische Art des vorhandenen Staubs abzustimmen
(Geräte mit Kennzeichnung für Zone 21).
Um die Selbstentzündung einer staubhaltigen Atmosphäre zu vermeiden, muss die maximale Oberflächentemperatur begrenzt werden.
Sie darf folgende Werte nicht übersteigen:
- 2/3 der Selbstentzündungstemperatur der spezifizierten Wolke aus Staub,
- die Selbstentzündungstemperatur einer 5-mm-Staubschicht abzüglich 75°C.
21

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