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Frequently Asked Questions

  1. Was sind die Voraussetzungen für eine Explosion?
  2. Wie kam es zu der Europäischen ATEX-Richtlinie?
  3. Welches Thema wird in der Europäischen Richtlinie 1999/92/EG (ATEX 153) behandelt?
  4. Was besagt die EU-Richtlinie 2014/34/EU?
  5. Wie ist die Kennzeichnung explosionssicherer Geräte aufgebaut?
  6. Was ist der Zusammenhang zwischen Gerätegruppen, ATEX-Kategorien und dem EPL?
  7. Welche sind die am meisten angewandten Methoden, um zu verhüten, dass es zu einer Zündung kommt?
  8. Wie werden Gase und staubende Substanzen in Gas- und Staubgruppen unterteilt?
  9. Welche Temperaturklasse brauche ich für meine Geräte?
  10. Was ist die maximal zulässige Oberflächentemperatur in einer Staubumgebung?

 

Das Brenndreieck


Um eine Explosion stattfinden zu lassen, müssen die folgenden drei Elemente vorhanden sein:

  • brennbares Gas oder brennbarer Dampf, Nebel oder Staub
  • Sauerstoff
  • Zündquelle

 

Explosionsdreieck: Brennstoff, Sauerstoff und Zündquelle

Explosionen können verhindert werden, wenn eines dieser drei Elemente entfernt oder unterdrückt wird. Die Anwesenheit brennbarer Stoffe ist häufig unlöslich mit den Betriebsprozessen verbunden und kann nicht vermieden werden. Da dort in den meisten Fällen auch Menschen tätig sind, ist es praktisch unmöglich, den Sauerstoff zu entfernen. Sauerstoff ist für Menschen nun einmal unentbehrlich. Die praktischste und eigentlich einzige Methode ist somit das Entfernen oder Unschädlichmachen der Zündquelle.

Ein brennbarer Stoff kann nur dann entzündet werden, wenn er im richtigen Mischverhältnis mit Sauerstoff vorhanden ist. Für jeden brennbaren Stoff wurden diesbezüglich die Untergrenze (LEL = Lower Explosion Level) und die Obergrenze (UEL = Upper Explosion Level) festgelegt. Außerhalb dieser Grenzwerte lässt sich der Brennstoff nicht entzünden, weil das Gemisch entweder zu wenig oder zu viel Berennstoff enthält. Die Entzündbarkeit des Gemisches besitzt einen parabolischen Verlauf, bei dem das Gemisch, das sich genau auf dem LEL oder UEL befindet, gerade zu entzünden ist. Die Spitze der Parabel zeigt das Gemisch an, das am einfachsten zu entzünden ist und somit eine sehr geringe Entzündungsenergie benötigt. An diesem Punkt tritt auch der höchste Explosionsdruck auf, wenn der Stoff entzündet wird.

Es kann ein Unterschied in den Grundsätzen gemacht werden, die bei dem Explosionsschutz angewandt werden können. Dabei unterscheiden wir drei Gruppen: den primären, den sekundären und den tertiären Explosionsschutz.

Primärer Explosionsschutz (dieser wird bevorzugt):

  • Maßnahmen, die verhindern, dass ein explosionsgefährdetes Gemisch entstehen kann, z.B. durch einen Schrank unter inneren Überdruck mit sauberer Luft oder einem inerten Gas zu bringen.

Sekundärer Explosionsschutz:

  • Es kann zwar noch ein explosionsgefährdetes Gemisch entstehen, aber es werden Maßnahmen getroffen, um zu verhindern, dass das Gemisch entzündet wird, z.B. durch das Eingießen der potenziellen Zündquelle mit Gießmasse oder die Einschränkung der elektrischen Leistung zur potenziellen Zündquelle mit Zenerbarrieren.

Tertiärer Explosionsschutz (wenn es wirklich keine andere Möglichkeit gibt):

  • Dabei handelt es sich um Maßnahmen, die darauf ausgerichtet sind, die Auswirkung einer Explosion auf ein akzeptables Niveau zu begrenzen. Das ist z.B. durch die Verwendung von Bruchplatten, Flammenlöschern und/oder Explosionsluken möglich. 

ATEX


Anfang der neunziger Jahre hat der Europäische Rat beschlossen, dass die Gefahr einer Explosion möglichst klein sein oder zumindest innerhalb akzeptabler Grenzen liegen sollte. Um das zu erreichen, wurden Bestimmungen verfasst, die sich auf die Vorgehensweise am Arbeitsplatz und auf die sichere Funktion des gelieferten Materials beziehen. Diese Bestimmungen wurden in zwei Richtlinien festgelegt. Die Mitgliedstaaten der Europäischen Union haben sich verpflichtet, diese Richtlinien in nationalen Gesetzen umzusetzen.

Die europäischen Richtlinien sind also keine Richtlinien für Benutzer oder Hersteller, sondern sind dazu vorgesehen, die gegenseitigen Vereinbarungen zwischen dem Rat und den Regierungen der Länder festzulegen.

ATEX 153


Die erste Richtlinie ist die ATEX 153 (1999/92/EG), in der die Mindestvorschriften für den Gesundheitsschutz und die Sicherheit von Arbeitnehmern, die durch explosive Atmosphären gefährdet werden können, festgelegt werden. Die in der Richtlinie genannten Mindestanforderungen haben zum Ziel, die Mitgliedstaaten, die sich unterhalb dieses Minimums befinden, auf ein höheres Niveau zu bringen. Von den Mitgliedstaaten, die sich bereits oberhalb des genannten Mindestniveaus befinden, wird erwartet, dass sie ihr Niveau nicht verringern. Die ATEX 153-Richtlinie wird auch als die soziale oder Anlagenrichtlinie bezeichnet. In den Niederlanden ist diese Richtlinie im Arbeitsschutzgesetz  und in entsprechenden Vorschriften verankert.

In der ATEX 153-Richtlinie werden unter anderem die Verpflichtungen des Arbeitgebers festgelegt:

  • Prävention und Schutz vor Explosionen (organisatorische Maßnahmen, Schulung, Anweisungen)
  • Risikobeurteilung
  • Einteilung und Kennzeichnung explosionsgefährdeter Bereiche (0, 1, 2, 20, 21 und 22)
  • Erstellung und Aktualisierung eines Explosionsschutzdokuments

Außerdem werden Kriterien für die Auswahl von Materialien gemäß der Risikobeurteilung und dem Explosionsschutzdokument entsprechend genannt. Dabei müssen Materialien auf der Grundlage der Kategorien gewählt werden, die in der ATEX 114-Richtlinie in Bezug auf die Zone genannt sind, in der das Material verwendet wird (siehe untenstehende Tabelle). Damit ist nicht nur das Verhältnis zwischen der ATEX 153 (Arbeitsschutz) und der ATEX 114 (Material), sondern auch das Verhältnis zwischen den Zonen und Kategorien festgelegt.

ZoneCategorie
0 1G
1 2G oder 1G
2 3G, 2G oder 1G
20 1D
21 2D oder 1D
22 3D, 2D oder 1D 

ATEX 114


Die zweite Richtlinie ist die ATEX 114 (2014/34/EU). Diese Richtlinie für „Geräte und Schutzsysteme, die für den Gebrauch an Orten vorgesehen sind, an denen eine Explosionsgefahr bestehen kann“, beschreibt, wie man die gesetzlich vorgeschriebene CE-Kennzeichnung für explosionssicheres Material erhalten kann. Diese Richtlinie ist für Hersteller gedacht, um den freien Handel innerhalb von Europa zu fördern, und wird daher auch als Produktionsrichtlinie oder Herstellerrichtlinie bezeichnet. In den Niederlanden ist diese Richtlinie im Warengesetz enthalten.

Unter die ATEX-Richtlinie fallen:

  • alle Geräte (elektrisch und nicht-elektrisch) sowie Schutzsysteme, die zum Gebrauch in explosionsgefährdeten Räumen vorgesehen sind;
  • Sicherheits-, Kontroll- und Regelbestimmungen, die zur Anwendung außerhalb von Orten, an denen Explosionsgefahr bestehen kann, vorgesehen sind, aber die erforderlich sind für die sichere Funktion von Geräten und Schutzsystemen in Bezug auf die Explosionsgefahr oder zu dieser beitragen.

Der Anwendungsbereich der ATEX 114 reicht bis zu Orten, an denen unter atmosphärischen Bedingungen eine explosive Umgebung entstehen kann, in der sich das Feuer nach der Entzündung auf das gesamte nicht verbrannte Gemisch ausbreitet. Die ATEX-Richtlinie gilt nicht für Anlagen an Bord von Hochseeschiffen und mobile Offshore-Anlagen, weil diese bereits unter den Vertrag der IMO (IMO = Internationalen Maritimen Organisation) fallen.

Ex-Kennzeichnung


An das Typenschild von explosionssicherem Material werden spezielle Anforderungen gestellt. So muss die Kennzeichnung mindestens die folgenden Angaben enthalten:

  • Name und Adresse des Herstellers
  • Typenbezeichnung des Produkts
  • CE-Kennzeichnung, gefolgt von der Identifikationsnummer der zuständigen Instanz, die den Produktionsstandort überprüft (bei Kategorie 1 und 2)
  • Ex-Kennzeichnung
  • Zertifikatsnummer, erkennbar am Wort ATEX
  • Herstellungs- oder Seriennummer (Tracking & Tracability)
  • Herstellungsjahr

Außerdem werden die elektrischen Anschlussdaten und eventuell abweichende Umgebungstemperaturen so weit wie möglich auf dem Typenschild angegeben. Die meisten Dinge sprechen zwar für sich, aber die Ex-Kennzeichnung erfordert eine nähere Erläuterung. Anhand eines Beispiels werden die einzelnen Elemente der Ex-Kennzeichnung erklärt.

Als Beispiel verwenden wir die Ex-Kennzeichnung  Ex logo  II 2G Ex ib IIC T4 Gb. Diese Ex-Kennzeichnung besteht aus den folgenden Elementen:

  • kommunautäres Zeichen  Ex logo  „Epsilon x im Sechseck“
  • Materialgruppe und Kategorie ("II 2G")
  • Ex Zeichen
  • Angewandte Schutzweise vor Zündung („ib“)
  • Gas- oder Staubgruppe ("IIC")
  • Temperaturklasse ("T4")
  • Equipment Protection Level (EPL) ("Gb")

Die einzelnen Elemente werden im Weiteren erläutert.

Materialgruppe und Kategorie


Auf dem höchsten Niveau wird ein Unterschied zwischen zwei Materialgruppen gemacht, wobei Materialgruppe I alle unterirdischen (Bergbau-)Anlagen und Materialgruppe II alle sonstigen oberirdischen (industriellen) Anlagen umfasst. Die spezielle Behandlung des Materials für unterirdische Anlagen hängt eng mit den äußerst speziellen Umständen zusammen, die im Bergbau berücksichtigt werden müssen. Gesteine, die reich an Kohle sind, enthalten auch Methan und dieses Gas ist also überall vorhanden. Außerdem sind die unterirdischen Risiken grundsätzlich hoch (lange enge Gänge, Einsturzgefahr).

In Anhang ZY von EN 60079-0:2012 wird die neuestes Einteilung deutlich wiedergegeben:

GebrauchATEX Richtlinie 
Materialgruppe
ATEX Richtlinie
Kategorie
EN 60079-0
EPL
Unterirdisch I M1 Ma
Unterirdisch I M2 Mb
Sonstig II 1G Ga
Sonstig II 2G Gb
Sonstig II 3G Gc
Sonstig II 1D Da
Sonstig II 2D Db
Sonstig II 3D Dc

Angewandte Schutzweise vor Zündung


Anhand der Zone, in der die Geräte verwendet werden müssen, bestimmt der Benutzer, von welcher Kategorie das Material sein muss. Damit erhält er die Sicherheit des richtigen Schutzniveaus. Es ist eigentlich dem Hersteller des Materials überlassen zu bestimmen, mit welcher Schutzweise vor Zündung (SvZ) dieses Niveau zu erreichen ist.

Es sind viele Schutzweisen möglich. Die am meisten angewandten Schutzweisen vor Zündung zur Gasexplosionssicherheit werden hier eingehender erläutert.

  • Druckfeste Kapselung „d“ (EN 60079-1)
    Eine druckfeste Kapselung darf Bestandteile enthalten, die ein explosives Gasgemisch bei normaler Verwendung mittels Funken, Lichtbögen oder hohen Temperaturen entzünden könnten.
    Eine druckfeste Kapselung ist atmend, daher kann das explosive Gasgemisch auch in der druckfesten Kapselung vorhanden sein. Sie ist jedoch so konstruiert, dass eine eventuelle Explosion innerhalb der Kapselung sich nicht in die äußere Atmosphäre ausbreiten kann; der kurzzeitig auftretende Explosionsdruck kann aufgefangen werden, der entstandene Explosionsdruck wird über die Passflächen abgeleitet. Dabei wird die Flamme auf eine Temperatur abgekühlt, die unter der Entzündungstemperatur des umringenden Gases liegt.
  • Überdruckkapselung „p“ (EN 60079-2)
    Ein überdruckgekapseltes Gehäuse darf theoretisch Bestandteile enthalten, die ein explosives Gasgemisch bei normaler Verwendung mittels Funken, Lichtbögen oder hohen Temperaturen entzünden könnten. In der Praxis gilt dies lediglich für Ausführungen, die für Ex px (Zone 1) und Ex pz (Zone 2) klassifiziert wurden.
    Bei Ex p kann die eventuelle umringende explosive Gasatmosphäre nicht in die Kapselung eindringen, da sie mittels eines Schutzgases unter Überdruck gehalten wird. Beim Schutzgas kann es sich um ein inertes Gas oder saubere, trockene Instrumentenluft handeln. Der Geräteschutz hängt nicht von der Gasgruppe ab.
  • Erhöhte Sicherheit „e“ (EN 60079-7)
    Elektrische Betriebsmittel, die gemäß Geräteschutz Ex e konstruiert sind, dürfen keine Bestandteile enthalten, die ein explosives Gasgemisch bei normaler Verwendung entzünden könnten.
    Vom explosiven Gasgemisch wird angenommen, dass es in das elektrische Betriebsmittel eindringen kann. Daher ist Ex e ein Geräteschutz, der nur bei normalerweise nicht funkenbildenden Betriebsmitteln einsetzbar ist.
  • Eigensicherheit „i“ (EN 60079-11)
    Um einen Stromkreis als eigensicher bezeichnen zu können, muss der Energiegehalt des Stromkreises so eingeschränkt werden, dass Funken oder thermische Effekte nicht zur Entzündung eines explosiven Gasgemisches führen können. Die Energiebeschränkung der eigensicheren Stromkreise wird sowohl durch die Beschränkung der Spannung (U) als auch der Stromstärke (I) erreicht.
    Die Konstruktionsauflagen an die Energiebeschränkung gelten sowohl für den eigensicheren Stromkreis selbst als auch für die Kabel und die außerhalb des Gefahrenbereichs befindlichen Komponenten, da hier parasitäre Kapazitäten (C) und Selbstinduktion (L) aufgrund langer Leitungen eine Rolle spielen können.
  • Vergussverkapselung „m“ (EN 60079-18)
    Elektrische Betriebsmittel, die durch Funken oder Erwärmung eine umringende Atmosphäre entzünden könnten, können durch die vollständige Einbettung in eine Vergussmasse explosionssicher gemacht werden. Die Vergussmasse muss jedoch elektrisch, thermisch, mechanisch und chemisch beständig sein.

Gas- oder Staubgruppe


Materialgruppe II ist in 3 Gasgruppen (IIA, IIB und IIC) und in 3 Staubgruppen (IIIA, IIIB und IIIC) unterteilt. Die Einteilung der Gase in Gasgruppen beruht auf der minimalen Zündungsenergie (MIE = Minimum Ignition Energy), mit der ein elektrischer Funke das Gasgemisch entzünden kann. Gase aus der Gasgruppe IIA besitzen eine relativ hohe Zündungsenergie (es ist ein erheblicher Funke erforderlich) und die Gase aus Gasgruppe IIC besitzen die geringste Zündungsenergie (ein kleiner Funke ist häufig schon ausreichend). Repräsentative Gase oder Dämpfe von Flüssigkeiten sind:

IIA
IIB
IIC
Propan, Butan, Kerosin
Ethylen, Schwefelwasserstoff, Ethylether
Wasserstoff, Acetylen, Schwefelkohlenstoff

Welche Auswirkung diese Einteilung hat, zeigt sich vor allem in den zulässigen Spaltweiten zwischen Teilen einer druckfesten Kapselung (MESG = Maximum Experimental Safety Gap) und der zulässigen Energie für intrinsisch sichere Stromkreise. 

Da immer mehr Europäische Normen (EN-Normen) auf Normen des IEC (International Electrotechnical Committee) beruhen, werden wir innerhalb von Europa inzwischen auch mit den neuen Staubgruppen IIIA, IIIB und IIIC konfrontiert. Die Unterteilung wird wie folgt gekennzeichnet:

IIIA
IIIB
IIIC
Combustable Flyers (Staubteilchen größer als 0,5 mm)
Dusts (Staubteilchen kleiner als 0,5 mm)
Conductive Dusts (elektrisch leitfähiger Staub)

Temperaturklasse


Jedes Brennstoff-Luftgemisch besitzt seine eigene spezifische Entzündungstemperatur. Diese Entzündungstemperatur ist als die Mindesttemperatur definiert, bei der das Gemisch entzündet werden kann. Das kann die Temperatur eines heißen Gegenstandes, wie z.B. eines Heizelements, eines Elektromotor, einer Glühlampe oder eines warm gelaufenen mechanischen Antriebs sein. Bei Gemischen verschiedener Gase oder Stäube ist immer das Gas oder der Staub mit der geringsten Entzündungstemperatur ausschlaggebend, sofern keine ergänzenden Daten etwas anderes bestimmen. Um eine Entzündung zu vermeiden, muss die höchste vorkommende Oberflächentemperatur also geringer sein als die Entzündungstemperatur des Brennstoff--Luftgemisches.

Gasexplosionssicheres Material ist in so genannte Temperaturklassen oder „T-Klassen“ eingeteilt. Material, das in eine bestimmte Temperaturklasse eingeteilt ist, darf für Gase mit einer Entzündungstemperatur verwendet werden, die höher ist als die zu dieser Gruppe gehörende Temperatur.

Temperatur-
klasse
Maximal zulässige
Oberflächentemperatur
T1 450 °C
T2 300 °C
T3 200 °C
T4 135 °C
T5 100 °C
T6 85 °C

Staubexplosionssicheres Material ist nicht in Temperaturklassen eingeteilt; hier wird die maximale Oberflächentemperatur (obligatorisch) auf dem Etikett oder dem Textschild des Materials angegeben. 

Bei der Auswahl des Materials für eine Staubumgebung muss nicht nur die Entzündungstemperatur, sondern auch die Schweltemperatur (Glühtemperatur) berücksichtigt werden. Die Entzündungstemperatur ist die Temperatur, bei der sich eine aufgewirbelte Staubwolke entzündet. Die Schweltemperatur ist die Temperatur, bei der eine 5 mm dicke Staubschicht auf einer heißen Oberfläche zu schwelen beginnt. Die maximal zulässige Oberflächentemperatur Tmax für staubexplosionssicheres Material muss den folgenden zwei Kriterien entsprechen:

Tmax < Schweltemperatur - 75 °C  und  Tmax < 2/3 x Entzündungstemperatur

Beispiel: Schleifstaub Holz

Schweltemperatur = 310 ºC
Entzündungstemperatur = 410 ºC
Tmax = 310 - 75 = 235 ºC
Tmax = 2/3 * 410 = 273 ºC

Der niedrigste Wert ist entscheidend. Deshalb beträgt die maximal zulässige Oberflächentemperatur bei Schleifstaub von Holz 235 °C.

Achtung: Der Wert der Schweltemperatur gilt bei einer Staubschichtdicke von 5 mm. Bei größeren Schichtdicken muss die angegebene Spanne von 75 °C weiter vergrößert werden.