Erfolgreicher Start in die Eigensicherheit

Mit der Eigensicherheit lässt sich ein sehr hohes Sicherheitsniveau erreichen, das bei entsprechender Auslegung sogar den Einsatz im hochgradig explosionsgefährdeten Bereich der Zone 0 erlaubt. Gleichzeitig bleibt der Anwender sehr flexibel – vor allem was das Handling Ex i-geschützter Geräte im laufenden Betrieb angeht. So können Erweiterungen oder Reparaturen in explosionsgefährdeten Bereichen unter Spannung durchgeführt werden. Auch lassen sich Geräte hinzufügen oder trennen, ohne dass Anlagen oder bestimmte Anlagenteile abgeschaltet werden müssen. Ein Aspekt, der vor allem zum Tragen kommt, wenn Störungen gesucht oder Geräte getauscht werden müssen.

Zu den weiteren Vorzügen der Zündschutzart Eigensicherheit gehört, dass die Geräte keine speziellen Gehäuse benötigen, wie man sie von der Schutzart Ex d (druckfeste Kapselung) kennt. Außerdem können in der Regel industrielle Kabeldurchführungen und Steckverbinder eingesetzt werden, was zum Beispiel beim Einsatz von Ethernet oder Funksignalen von großem Vorteil ist. 

Wesentlicher Gesichtspunkt der Zündschutzart Eigensicherheit ist die Frage der Zuverlässigkeit bezüglich der Einhaltung der Spannungs- und Stromgrenzen – auch unter Annahme bestimmter Fehler. Je nach ausgewiesenem Einsatzbereich (Zone 0, 1 oder 2) wird daher die Geräte-Kennzeichnung Ex i um den Zusatz a, b oder c ergänzt. Während es in der Zone 2 reicht, diese Werte im normalen Betrieb einzuhalten, gilt es in Stromkreisen für die Zone 1 einen Fehler abzufangen. Im höchsten Schutzniveau, bei einem Einsatz in Zone 0, müssen diese Werte von Strom und Spannung bei einem Gerät mit eigensicheren Stromkreisen selbst dann noch eingehalten werden, wenn zwei Fehler auftreten.

Dieselbe Ergänzung spezifiziert auch das Geräteschutzniveau (Equipment Protection Layer – EPL) für zum Einsatz in Zone 0, 1 oder 2 zugelassene Betriebsmittel. Der als Ga, Gb oder Gc ausgewiesene EPL ist in der Baumusterprüfbescheinigung und auf dem Typenschild des Gerätes verzeichnet.

Für eigensichere Stromkreise wird ein Nachweis und die Dokumentation der Eigensicherheit entsprechend den Errichtungsbestimmungen DIN EN 60079-14 verlangt. Im Gegensatz zu anderen Zündschutzarten hat die Eigensicherheit immer den gesamten Stromkreis im Blick und betrachtet die Kombination aus Strom-/Spannungsquelle, Verbraucher und Verbindungsleitungen. Zunächst müssen daher die Ausgangswerte der Quelle ermittelt und diese mit den Eingangsparametern des Verbrauchers verglichen werden. Die Werte für die maximale Spannung, Strom und Leistung müssen unter den Eingangsparametern des Verbrauchers liegen. Zusätzlich müssen noch die Energiespeicher – das beinhaltet auch die des Kabels – betrachtet werden, da diese Energiemengen speichern könnten, die beim Schließen oder Öffnen des Stromkreises zündfähige Funken erzeugen könnten.  Auch hier gibt es Grenzwerte, die es zu beachten gilt.

Da die Feldgeräte wie Sensoren und Aktoren meist mit einer Leitwarte verbunden sind, können Fehlerereignisse wie eine Überspannung im Nicht-Ex Bereich oder ein Kurzschlussstrom Auswirkungen auf den Explosionsschutz im Anlagenbereich haben. Um die Verbindung zwischen diesen beiden Welten zu sichern, wird hier eine fehlersichere Begrenzung – z.B. eine galvanische Trennstufe oder Zenerbarriere – eingesetzt.

Die notwendigen Werte sind in der Betriebsanleitung und der Baumusterprüfbescheinigung des Geräteherstellers hinterlegt. Im ATEX-Bereich ist für alle Geräte, die in der Zone 0 oder 1 eingesetzt werden sollen, eine EU-Baumusterprüfbescheinigung notwendig und zwar für die eigensicheren Betriebsmittel (in der Regel Feldgeräte wie Sensoren, Messumformer und Aktoren) und die zugehörigen Betriebsmittel (Zener Barrieren, galvanische Trennstufen oder Remote I/O). Der Vorteil für den Anwender: Er befindet sich mit der EU-Baumusterprüfung auf der sicheren Seite, da er sich darauf verlassen kann, dass das Gerät überprüft wurde und sicher eingesetzt werden kann.

Ausnahmen bilden einfache elektrische Betriebsmittel wie Pt 100, LED etc., für die keine EG-Baumusterprüfung nötig ist. Aber auch hier sollte man als Anwender aufmerksam bleiben und z.B. Luft- und Kriechstrecken oder auch die Elektrostatik in Bezug auf Gehäuse bewerten. Zudem muss die Betrachtung dieser einfachen elektrischen Betriebsmittel dokumentiert werden. Die Zoneneinteilung, Spezifikation der Explosionsgruppe und Temperaturklasse ist Voraussetzung für die Auswahl der richtigen Betriebsmittel und den Nachweis der Eigensicherheit. Der Nachweis der Eigensicherheit ist Teil der erforderlichen Dokumentation.

Mit dem Nachweis der Eigensicherheit ist der Explosionsschutz auf dem Papier sichergestellt. In der Praxis – sprich in der Installation und im Betrieb – muss dafür gesorgt werden, dass externe Energiequellen dieses Konstrukt nicht zerstören. Elektromagnetische oder elektrostatische Felder – z.B. erzeugt durch Frequenzumrichter oder Schaltvorgänge – können z.B. dafür sorgen, dass fremde Energien in eigensichere Stromkreise eingespeist werden und dazu beitragen, dass die Grenzwerte der Eigensicherheit nicht mehr eingehalten werden. Die entsprechenden Vorschriften finden sich in der IEC EN 60079-14.