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8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Scheue...
Scheuermann, Praxishandbuch Brandschutz, 2016
Autor: Dyrba
Titel: Praxishandbuch Brandschutz
Herausgeber: Scheuermann
Auflage: 2016
Autor: Dyrba
Abschnitt: 8 Explosionsschutz → 8.8 Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre
 

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen

Allgemeines

Die zu treffenden Maßnahmen sollen Zündquellen unwirksam machen oder die Wahrscheinlichkeit ihres Wirksamwerdens verringern. Der Umfang der Schutzmaßnahmen richtet sich nach der Wahrscheinlichkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre.

In explosionsgefährdeten Bereichen sind zu vermeiden:

  • in Zone 2 und 22: Zündquellen, die ständig oder häufig auftreten können,

  • in Zone 1 und 21: neben den für Zone 2 bzw. 22 genannten Zündquellen auch Zündquellen, die gelegentlich auftreten können, z.B. bei vorhersehbaren Störungen eines Arbeitsmittels, und

  • in Zone 0 und 20: neben den für Zone 1 bzw. 21 genannten Zündquellen auch Zündquellen, die selten auftreten können.

Die Häufigkeit des Auftretens von Zündquellen wird an der Dauer des Prozesses oder Arbeitsschrittes/-verfahrens gemessen.

Sofern im Explosionsschutzdokument unter Zugrundelegung der Ergebnisse der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes vorgesehen ist, sind in explosionsgefährdeten Bereichen Geräte und Schutzsysteme entsprechend den Kategorien gemäß der Explosionsschutzprodukteverordnung (11. ProdSV) i.V.m. der Richtlinie 2014/34/EU auszuwählen (s. Tabelle 1).

Tab. 1: Zuordnung Gerätekategorie – Zonen

in Zone

verwendbare Kategorie

ausgelegt für

0

II 1 G

Gas/Luft-Gemisch bzw. Dampf/Luft-Gemisch bzw. Nebel

1

II 1 G oder 2 G

Gas/Luft-Gemisch bzw. Dampf/Luft-Gemisch bzw. Nebel

2

II 1 G oder 2 G oder 3 G

Gas/Luft-Gemisch bzw. Dampf/Luft-Gemisch bzw. Nebel

20

II 1 D

Staub/Luft-Gemisch

21

II 1 D oder 2 D

Staub/Luft-Gemisch

22

II 2 D oder 2 D oder 3 D

Staub/Luft-Gemisch

G = Gase, Dämpfe oder Nebel
D = Staub oder Staubschichten

Der vom Gerätehersteller in der Betriebsanleitung der Geräte vorgesehene Einsatzbereich (z.B. bezüglich Umgebungstemperatur, Druck, Temperaturklasse, Explosionsgruppe usw.) ist dabei zu beachten.

Ist der Einsatz von Arbeitsmitteln, die als Zündquelle wirksam werden können, in explosionsgefährdeten Bereichen erforderlich (z.B. Kraftfahr-

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zeuge, Schweißgeräte, Messgeräte), so ist dafür zu sorgen, dass während des Einsatzes explosionsfähige Atmosphäre in gefahrdrohender Menge nicht auftreten kann. Dies kann bei Gasen und Dämpfen messtechnisch z.B. durch Gaswarngeräte überwacht werden.

Können innerhalb eines explosionsgefährdeten Bereiches mehrere Arten von brennbaren Gasen, Dämpfen, Nebeln oder Stäuben (z.B. auch hybride Gemische) zeitgleich auftreten, sind die Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen auf die Zündempfindlichkeit der jeweiligen Zusammensetzung abzustimmen. Ist über die Zündempfindlichkeit dieser Zusammensetzung nichts bekannt, wird es als ausreichend sicher angesehen, die Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Zündquellen auf die zündempfindlichste Einzelkomponente auszulegen. Brennbare Gase und Dämpfe werden nach ihrer flammendurchschlagsicheren Spaltweite oder nach ihrer Mindestzündenergie in die Explosionsgruppen II A, II B und II C eingeteilt. Die Explosionsgruppen charakterisieren auch die Zündempfindlichkeit für elektrische und elektrostatische Entladungen und für mechanische Zündquellen.

Zur Vermeidung einiger der im Folgenden beschriebenen Zündgefahren bei Gasen und Dämpfen ist auch der Einsatz von Gaswarngeräten oder geeigneten prozessleittechnischen Einrichtungen (PLT) möglich. Bei entsprechender Auswahl des Alarm- und des Schaltpunktes können vor der automatischen Schaltung zunächst Maßnahmen entsprechend Betriebsanweisung ausreichend sein. PLT-Einrichtungen sind Sicherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen im Sinne der Richtlinie 2014/34/EU, sofern sie im Hinblick auf die Vermeidung von Zündgefahren für den sicheren Betrieb von Geräten und Schutzsystemen verwendet werden.

Elektrische Produkte für den persönlichen Gebrauch, z.B. Armbanduhren, Hörgeräte, Langzeit-EKG-Aufnehmer, müssen ebenfalls hinsichtlich ihrer Zündgefahr betrachtet werden.

8.8.2.1 Heiße Oberflächen

Ziel der Schutzmaßnahmen ist die Verhinderung der Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre durch das Wirksamwerden einer heißen Oberfläche als Zündquelle.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Kommt explosionsfähige Atmosphäre mit heißen Oberflächen (heiße Rohrleitungen, Heizkessel usw.) in Berührung, kann es zu einer Entzündung kommen.

Grundlage der Bewertung ist die genormte Zündtemperatur der die explosionsfähige Atmosphäre bildenden Stoffe. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Zündfähigkeit einer heißen Oberfläche unter anderem von der Art und der Konzentration des jeweiligen Stoffes im Gemisch mit Luft, von Größe und Gestalt des heißen Körpers und vom Wandmaterial abhängt. Explosionsfähige Atmosphäre kann z.B. im Inneren größerer erhitzter Räume durch heiße Wände mit deutlich niedrigerer Temperatur als die

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der Norm-Zündtemperatur des Brennstoffs entzündet werden. Zur Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre an heißen konvexen Körpern ist eine höhere Wandtemperatur erforderlich; sie nimmt z.B. an Kugeln oder an geraden Rohren mit abnehmendem Durchmesser zu. Die genormte Zündtemperatur ist für die meisten Fälle der Praxis für die Entzündung an konvexen Körpern eine sichere Grenztemperatur. Beim Vorbeiströmen explosionsfähiger Atmosphäre an erhitzten Oberflächen kann zur Entzündung eine höhere Wandtemperatur erforderlich sein.

Abb. 1: Entzündung brennbarer Flüssigkeiten auf heißer Oberfläche

Neben betriebsmäßig heißen Oberflächen wie Heizkörpern, Trockenschränken und anderen können auch mechanische Vorgänge durch Reibung oder Spanabhebung (z.B. Bohren) im Bereich der beanspruchten Oberflächen zu gefährlichen Temperaturen führen. Auch an Arbeitsmitteln, die mechanische Energie in Verlustwärme überführen, d.h. alle Arten von Reibungskupplungen und mechanisch wirkenden Bremsen (z.B. an Fahrzeugen und Zentrifugen), kann es deshalb zu betriebsbedingten heißen Oberflächen kommen. Weiterhin können deshalb drehende Teile in Lagern, Wellendurchführungen, Stopfbuchsen usw. bei ungenügender Schmierung zu Zündquellen werden. Wenn sich Teile in engen Gehäusen drehen, können auch durch Eindringen von Fremdkörpern in den Spalt zwischen drehendem Teil und Gehäuse oder durch Achsverlagerungen Reibvorgänge stattfinden, die unter Umständen schon in kurzer Zeit sehr hohe Oberflächentemperaturen hervorrufen.

Elektromagnetische Strahlung kann durch Absorption zu gefährlicher Temperaturerhöhung z.B. eines Werkstücks oder Reaktionsprodukts führen (z.B. bei Strahlungstrocknern).

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Allgemeine Schutzmaßnahmen für alle Zonen

In Abhängigkeit von der vorliegenden Zone darf die maximale Oberflächentemperatur von Anlagenteilen, die in Kontakt mit explosionsfähiger Atmosphäre stehen, einen bestimmten festgelegten Sicherheitsabstand zu der der Temperaturklasse zugehörigen Grenztemperatur (oder zur Zündtemperatur) nicht unterschreiten.

Die im Folgenden genannten Temperaturgrenzen dürfen in besonderen Fällen (z.B. bei sehr kleinen heißen Oberflächen) überschritten werden, wenn gesicherte Erkenntnisse vorliegen, dass keine Entzündung zu erwarten ist.

Wenn sich bei der Gefährdungsbeurteilung ergibt, dass unterhalb der genormten Zündtemperatur eine Entzündung der Atmosphäre nicht auszuschließen ist (z.B. in großen konkaven Gebilden wie Behältern mit einheitlicher Oberflächentemperatur), müssen die zulässigen Temperaturen der Oberflächen, die mit explosionsfähiger Atmosphäre in Berührung kommen können, im Einzelfall festgelegt werden.

Bei Geräten und ggf. bei Komponenten und Schutzsystemen nach der Explosionsschutzprodukteverordnung (11. ProdSV) i.V.m. der Richtlinie 2014/34/EU wird die maximale Oberflächentemperatur vom Hersteller bei seiner Zündgefahrenbewertung ermittelt. Wenn Geräte, Komponenten oder Schutzsysteme der Kategorien 1G bis 3G nach Explosionsschutzprodukteverordnung (11. ProdSV) mit Temperaturklasse, niedrigster zulässiger Zündtemperatur einer explosionsfähigen Atmosphäre oder den explosionsfähigen Atmosphären, für die sie geeignet sind, gekennzeichnet sind, sind Sicherheitsabstände bereits berücksichtigt, so dass sie ohne weitere Sicherheitsabstände in den entsprechenden explosionsfähigen Atmosphären eingesetzt werden dürfen. Im Gegensatz dazu sind Geräte der Kategorien 1D bis 3D mit der maximalen Oberflächentemperatur ohne Einrechnung eines Sicherheitsabstandes gekennzeichnet.

Brennbare Gase und Dämpfe werden nach ihrer Zündtemperatur in Temperaturklassen eingeteilt. Für explosionsfähige Atmosphären aus Stoffen einer Temperaturklasse ist in der Regel der jeweils untere Wert der Zündtemperatur ihrer Temperaturklasse die Grundlage für die Festlegung der maximal zulässigen Oberflächentemperaturen (s. Tabelle 2).

Tab. 2: Zusammenhang zwischen Temperaturklasse und Zündtemperatur

Temperaturklasse

Zündtemperatur (Tz) in˚C

T1

> 450

T2

300 < Tz ≤ 450

T3

200 < Tz ≤ 300

T4

135 < Tz ≤ 200

T5

100 < Tz ≤ 135

T6

85 < Tz ≤ 100

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Schutzmaßnahmen für Zone 0

In Zone 0 dürfen sich Oberflächen – selbst bei selten auftretenden Betriebsstörungen – nicht gefährlich erwärmen. Dazu muss durch wirksame Überwachung und Begrenzung sichergestellt und durch Kontrolle der Wirksamkeit nachgewiesen sein, dass die Temperaturen der Oberflächen, die mit explosionsfähiger Atmosphäre in Berührung kommen können, 80 % der Zündtemperatur oder des zur Temperaturklasse gehörigen unteren Wertes der Zündtemperatur nicht überschreiten. Dabei sind auch Temperaturerhöhungen durch z.B. Wärmestau und chemische Reaktionen zu beachten.

Diese Forderung gilt beispielsweise als erfüllt, wenn die zulässige Temperatur durch den Sattdampfdruck einer Flüssigkeit sicher eingehalten ist (Dampfheizung).

Schutzmaßnahmen für Zone 1

In Zone 1 sind Oberflächentemperaturen so zu begrenzen, dass sie nur selten 80 % der Zündtemperatur überschreiten können.

Eine dauerhafte Überschreitung der Oberflächentemperatur nach Absatz 1 bis zur Zündtemperatur ist zulässig, wenn die Oberflächentemperatur unter den Betriebsverhältnissen sicher begrenzt bleibt.

Schutzmaßnahmen für Zone 2

In Zone 2 darf beim Normalbetrieb die Temperatur von Oberflächen die Zündtemperatur nicht überschreiten.

Arbeitsmittel mit Oberflächentemperaturen oberhalb der Zündtemperatur sind insbesondere in Freianlagen in Sonderfällen zulässig, wenn hinreichende Sicherheit durch die betrieblichen Verhältnisse (z.B. erhöhte Strömung der explosionsfähigen Atmosphäre durch Windbewegung) gewährleistet ist.

Schutzmaßnahmen für Zone 20

In Zone 20 muss die Temperatur sämtlicher Oberflächen, die mit Staubwolken in Berührung kommen können, ausreichend niedrig sein. Dies ist erfüllt, wenn 2/3 der Mindestzündtemperatur der betreffenden Staubwolke nicht überschritten wird, auch nicht bei selten auftretenden Betriebsstörungen.

Darüber hinaus muss die Temperatur von Oberflächen, auf denen sich Staub ablagern kann, um einen Sicherheitsabstand niedriger sein als die Mindestzündtemperatur der dicksten Schicht, die sich aus dem betreffenden Staub bilden kann; dies muss auch bei selten auftretenden Betriebsstörungen gewährleistet sein. Falls die Schichtdicke unbekannt ist, muss die dickste vorhersehbare Schicht angenommen werden. Wenn in der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes festgelegt wurde, ist ein Sicherheitsabstand von 75 K zwischen der Mindestzündtemperatur einer Staubschicht und der Oberflächentemperatur des Arbeitsmittels ausreichend. Bei dickeren Staubschichten tritt ein größerer isolierender Effekt auf, welcher zu höheren Oberflächentemperaturen des Arbeitsmittels führt. Der Abstand von 75 K gilt nur für Staubdicken von maximal 5 mm.

Schutzmaßnahmen für Zone 21

In Zone 21 muss die Temperatur sämtlicher Oberflächen, die mit Staubwolken in Berührung kommen können, ausreichend niedrig sein. Dies

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ist erfüllt, wenn 2/3 der Mindestzündtemperatur in C der betreffenden Staubwolke nicht überschritten wird, auch nicht bei Betriebsstörungen.

Darüber hinaus muss die Temperatur von Oberflächen, auf denen sich Staub ablagern kann, um einen Sicherheitsabstand niedriger sein als die Mindestzündtemperatur der dicksten Schicht, die sich aus dem betreffenden Staub bilden kann; dies muss auch bei Betriebsstörungen gewährleistet sein.

Wenn in der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes festgelegt wurde, ist ein Sicherheitsabstand von 75 K zwischen der Mindestzündtemperatur einer Staubschicht und der Oberflächentemperatur des Arbeitsmittels ausreichend. Bei dickeren Staubschichten tritt ein größerer isolierender Effekt auf, welcher zu höheren Oberflächentemperaturen des Arbeitsmittels führt. Der Abstand von 75 K gilt nur für Staubdicken von maximal 5 mm.

Schutzmaßnahmen für Zone 22

In Zone 22 muss beim Normalbetrieb die Temperatur von Oberflächen, die mit Staubwolken in Berührung kommen können, ausreichend niedrig sein. Dies ist erfüllt, wenn 2/3 der Mindestzündtemperatur nicht überschritten wird.

Darüber hinaus muss die Temperatur von Oberflächen, auf denen sich Staub ablagern kann, um einen Sicherheitsabstand niedriger sein als die Mindestzündtemperatur der dicksten Schicht, die sich aus dem betreffenden Staub bilden kann.

Wenn in der Gefährdungsbeurteilung nichts anderes festgelegt wurde, ist ein Sicherheitsabstand von 75 K zwischen der Mindestzündtemperatur einer Staubschicht und der Oberflächentemperatur des Arbeitsmittels ausreichend. Dicke Staubschichten können wegen ihrer thermischen Isolationswirkung zu einer Erhöhung der Oberflächentemperatur führen. Der Abstand von 75 K gilt nur für Staubdicken von maximal 5 mm.

8.8.2.2 Flammen und heiße Gase

Heiße Gase, die eine wirksame Zündquelle bilden können, und Flammen sind zu vermeiden.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Flammen sind das Ergebnis exothermer chemischer Reaktionen, die bei Temperaturen von etwa 1.000˚C und mehr schnell ablaufen. Sowohl die Flammen selbst als auch die heißen Reaktionsprodukte können explosionsfähige Atmosphäre entzünden.

Befindet sich explosionsfähige Atmosphäre sowohl innerhalb als auch außerhalb einer Apparatur oder in benachbarten Anlagenteilen, so kann bei Entzündung in einem der Bereiche die Flamme durch Öffnungen wie z.B. Entlüftungsleitungen in den anderen Bereich übertragen werden. Das Verhindern eines Flammendurchschlages erfordert spezielle konstruktive Schutzmaßnahmen (s. 8.9). Besondere Vorsicht ist beim Vorhandensein von sublimationsfähigen Stoffen, z.B. Schwefel, geboten (durch Sublimati-

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on wird Wiederentzünden, z.B. hinter einer flammendurchschlagsicheren Einrichtung, möglich).

Abb. 2: Offene Flamme

Schutzmaßnahmen für Zone 0 und 20

In den Zonen 0 und 20 dürfen Einrichtungen mit Flammen nicht verwendet werden. Gase aus Flammenreaktionen, z.B. Abgase zum Zweck des Inertisierens, und sonstige erwärmte Gase dürfen in die Zonen 0 und 20 nur unter Anwendung von für den Einzelfall festzulegenden speziellen Schutzmaßnahmen eingeleitet werden. Diese speziellen Schutzmaßnahmen beziehen sich neben dem Begrenzen der Temperatur auch auf das Abscheiden von zündfähigen Partikeln und das Verhindern von Gasrückströmung und Flammendurchschlägen.

Schutzmaßnahmen für Zonen 1 und 2 sowie 21 und 22

In Zone 1 und 2 sowie 21 und 22 sind Einrichtungen mit Flammen nur zulässig, wenn die Flammen sicher eingeschlossen sind und die festgelegten Temperaturen an den Außenflächen der Anlagenteile nicht überschritten werden. Bei Arbeitsmitteln mit eingeschlossenen Flammen (z.B. Flammen-Ionisations-Detektoren oder spezielle Heizungsanlagen) ist ferner zu gewährleisten, dass der Einschluss gegen die Einwirkung von Flammen ausreichend beständig ist und einen Flammendurchschlag in den Gefahrbereich sicher verhindert.

Die bei Verbrennungsprozessen benötigte Luft darf aus der Zone 1 oder 2 bzw. 21 oder 22 nur entnommen werden, wenn die durch die Entnahme explosionsfähiger Atmosphäre bedingten Gefahren (z.B. ein Flammenrückschlag in den explosionsgefährdeten Bereich) durch entsprechende Schutzmaßnahmen vermieden werden (s. 8.9).

Heiße Gase dürfen in die Zonen 1 und 2 sowie 21 und 22 eingeleitet werden, wenn sie an der Eintrittsstelle die explosionsfähige Atmosphäre nicht entzünden können. Dies ist z.B. gewährleistet, wenn die Temperatur

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der heißen Gase die Zündtemperatur der explosionsfähigen Atmosphäre nicht überschreitet. Auch abgelagerte Stäube dürfen nicht entzündet werden. Als Kriterium für diese Forderung können die Mindestzündtemperaturen bzw. die Glimmtemperaturen der Stäube dienen. Hinsichtlich der Schutzmaßnahmen bei glühenden Feststoffpartikeln (Funkenflug) wird auf Punkt 8.8.2.3 (mechanisch erzeugte Funken) und hinsichtlich Flammendurchschlag auf Punkt 8.9 verwiesen.

8.8.2.3 Mechanisch erzeugte Funken

Durch mechanische Vorgänge erzeugte abgetrennte Partikel erhöhter Temperatur und insbesondere mechanisch erzeugter Funken, die eine wirksame Zündquelle bilden können, sind zu vermeiden.

Abb. 3: Mechanisch erzeugte Funken

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Durch Reib-, Schlag- und Abtragvorgänge, z.B. beim Schleifen, können aus festen Materialien Partikel abgetrennt werden, die aufgrund der durch Verformungs- und Abtrennarbeit eingetragenen Energie eine erhöhte Temperatur annehmen. Bestehen die (möglicherweise schwach glimmenden) abgetrennten Partikel erhöhter Temperatur aus oxidierbaren Stoffen, wie Eisen, ferritischem Stahl, oder nicht mit Chrom über 16,5 % Chromanteil hochlegiertem Edelstahl sowie leicht oxidierbare Nichteisenmetallen (z.B. Titan, Zirkonium und unter bestimmten Bedingungen auch Aluminium) können sie einen Oxidationsprozess durchlaufen, wobei sie sich weiter erhitzen können.

Abgetrennte Partikel erhöhter Temperatur und insbesondere Funken können brennbare Gase und Dämpfe sowie Staub-/Luft-Gemische entzünden. In abgelagertem Staub können darüber hinaus durch Funken Glimmnester entstehen, die dann zur Zündquelle für eine explosionsfähige Atmosphäre werden können.

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Die Zündwirksamkeit mechanisch erzeugter Funken hängt z.B.

  • von der Zündenergie des Brennstoff-Luft-Gemisches, dessen Konzentration und der Zündtemperatur

  • von der kinetischen Schlagenergie bzw. Reibleistung (berücksichtigt Reibkoeffizient, Relativgeschwindigkeit und Flächenpressung)

  • von der geometrischen Form der Schlag- bzw. Reibpartner, und von Werkstoff bzw. Werkstoffpaarung ab.

Bereits einzelne Schlagvorgänge können zündfähige mechanisch abgetrennte Partikel erhöhter Temperatur oder zündfähige Funken erzeugen. Auch sehr kurze Reibvorgänge (< 1 s) können zündfähige Funken erzeugen.

Unterhalb einer kinetischen Schlagenergie von 3 Nm ist nicht mit einer Entzündung explosionsfähiger Gas- oder Dampf-Luft-Atmosphären zu rechnen. In Brenngas-Luft-Atmosphären der Explosionsgruppe IIB ist bei einer kinetischen Energie von < 60 Nm unterhalb einer Relativgeschwindigkeit von 15 m/s auch nicht mit einer Entzündung durch Stahl-Schlagfunken zu rechnen. Dies gilt nicht bei Anwesenheit von Rost.

In Brenngas-Luft-Atmosphären der Explosionsgruppe IIA ist bei einer kinetischen Energie von < 120 Nm unterhalb einer Relativgeschwindigkeit von 15 m/s auch nicht mit einer Entzündung durch Stahl-Schlagfunken zu rechnen. Dies gilt nicht bei Anwesenheit von Rost.

Zur Bewertung der Zündwirksamkeit von mechanisch erzeugten Funken gegenüber Staub-Luft-Atmosphären können die Aussagen zur Zündwirksamkeit bei Gasen bzw. Dämpfen der Explosionsgruppe IIA vergleichsweise herangezogen werden. Bei Reibvorgängen mit einer Relativgeschwindigkeit unterhalb von 1 m/s ist es in der Regel nicht möglich, zündfähige Stahl-Reibfunken zu erzeugen.

Bei Reibvorgängen muss grundsätzlich auch mit der Entstehung heißer Oberflächen als weitere Zündquelle gerechnet werden. Bei Schleif- und Reibvorgängen gegen keramische Scheiben (z.B. Korund) o.ä. Vorgängen ist immer mit der Entstehung von mechanisch erzeugten Funken und heißen Oberflächen zu rechnen. Das Eindringen von Fremdmaterialien, z.B. von Steinen, Metallstücken oder sonstigen festen Materialien in Anlagenteile muss als mögliche Ursache zur Entstehung von Partikeln erhöhter Temperatur und Funken berücksichtigt werden.

Reibung, sogar zwischen einander ähnlichen Eisenmetallen, zwischen Messing und Stahl und zwischen bestimmten keramischen Materialien, kann örtliches Erhitzen und Funken ähnlich den Schleiffunken verursachen. Dadurch kann explosionsfähige Atmosphäre entzündet werden.

Ein einzelner durch einfache handgeführte Werkzeuge (z.B. Schraubenschlüssel, Zange, Schraubendreher) und andere einfache Arbeitsmittel

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(z.B. Leiter) erzeugter Funke führt nur in seltenen Fällen zur Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre. Davon abweichend ist in explosionsfähigen Atmosphären aus einem oder mehreren der Gasen der Explosionsgruppe IIC (Acetylen, Schwefelkohlenstoff, Wasserstoff) sowie Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid und Ethylenoxid jedoch stets die Möglichkeit einer Entzündung zu unterstellen.

Reib-, Schlag- und Abtragvorgänge, bei denen Rost (auch fremdabgelagerter Rost) und Leichtmetalle (z.B. Aluminium und Magnesium) oder ihre Legierungen beteiligt sind, können stark exotherme, funkenbildende Reaktionen auslösen, durch die explosionsfähige Atmosphäre entzündet werden kann.

Auch beim Schlagen oder Reiben von Titan oder Zirkonium gegen ausreichend harte Materialien (z.B. harter Stahl, gehärteter Stahl und Gestein) können zündfähige Funken entstehen, sogar bei Abwesenheit von Rost.

Beim Schweißen und Trennschneiden entstehende Schweißperlen sind Funken mit sehr großer Oberfläche, sie gehören somit zu den besonders wirksamen Zündquellen. Ähnliche Funken entstehen auch beim Schleifen oder Trennschleifen. Es ist dabei zu beachten, dass diese zündfähigen Funken über weite Strecken auch in explosionsgefährdete Bereiche getragen werden können. Dies kann z.B. durch verzunderte Schweißperlen entstehen, die nach dem Wegrollen erst beim Aufprall zerplatzen und somit das glühende Innere freisetzen.

Eine erhöhte Zündgefahr besteht in allen Zonen dann, wenn mit einer aluminothermischen Reaktion (Thermitreaktion) zu rechnen ist. Schlägt man z.B. auf eine rostige Stahlfläche, die mit einer Aluminiumfolie bedeckt ist, mit einem Anstrich von Aluminiumfarbe versehen ist oder auf der Aluminiumabrieb oder Aluminiumspäne liegen, bilden sich sehr leicht Funken von großer Zündwirksamkeit. So können auch Funken entstehen, wenn Bauteile aus Aluminium auf rostige Teile schlagen oder auf solchen Bauteilen Flugrost liegt und Schläge auf diese Stellen geführt werden.

Wenn zur Erreichung einer besseren elektrostatischen Ableitfähigkeit von Fußböden Aluminiumfarben oder Aluminiumbeschichtungen verwendet werden, ist die Bildung zündfähiger Funken nicht zu unterstellen, sofern der Aluminiumgehalt der Farben und Beschichtungen in gealtertem, trockenem Zustand unter 25 % Massenanteile liegt. In Abhängigkeit der verschiedenen Bindemittel und Füllstoffe kann diese Grenze auch bis zu einem Anteil von 45 % Massenanteile ausgedehnt werden.

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

Wenn die oben genannten Grenzwerte überschritten werden können oder die genaue Zusammensetzung des Aluminiumanstrichs nicht bekannt ist, ist dafür Sorge zu tragen, dass während Arbeitsvorgängen mit Stahlgegenständen gewährleistet ist, dass explosionsfähige Atmosphäre in gefahrdrohender Menge nicht vorhanden ist oder entstehen kann.

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Schutzmaßnahmen für Zonen 0 und 20

In den Zonen 0 und 20 dürfen selbst bei selten auftretenden Betriebsstörungen keine zündfähigen Reib-, Schlag- oder Schleiffunken auftreten.

In den Zonen 0 und 20 sind Reibvorgänge zwischen Aluminium, Magnesium, Zirkonium und Titan (ausgenommen Legierungen mit weniger als insgesamt 10 % Massenanteile der genannten Metalle und insgesamt nicht mehr als 7,5 % Massenanteile Mg, Zr, Ti) und Eisen oder Stahl (ausgenommen nicht rostender Stahl, wenn die Anwesenheit von Rostpartikeln ausgeschlossen werden kann) auszuschließen. Reib- und Schlagvorgänge zwischen Titan oder Zirkonium und jeglichem harten Werkstoff sind zu vermeiden.

Schutzmaßnahmen für Zone 1 und 21

In den Zonen 1 und 21 sind nach Möglichkeit die Forderungen für die Zonen 0 und 20 zu erfüllen. Werkstoffe dürfen nicht mehr als 7,5 % Massenanteile Magnesium enthalten. Sind jedoch Arbeitsvorgänge, bei denen zündfähige Reib-, Schlag- oder Schleiffunken auftreten können, erforderlich, so müssen Funken durch geeignete Maßnahmen vermieden oder abgeschirmt werden.

Dies gilt beispielsweise bei Einhaltung der folgenden Maßnahmen als erfüllt:

  • Wasserkühlung an der Schleifstelle

  • Abscheiden zündfähiger Partikel in Abgasen z.B. in Wasservorlagen

Die Entstehung zündfähiger Reib- und Schlagfunken lässt sich durch Wahl günstiger Materialkombinationen einschränken. Bei Arbeitsmitteln mit bewegten Teilen ist an den möglichen Reib-, Schlag- oder Schleifstellen die Materialkombination Leichtmetall und Stahl (ausgenommen nicht rostender Stahl grundsätzlich zu vermeiden.

Schutzmaßnahmen für Zone 2 und 22

In den Zonen 2 und 22 ist in der Regel ausreichend, die für die Zonen 1 und 21 beschriebenen Schutzmaßnahmen lediglich gegen ständig oder häufig zu erwartende zündfähige Funken durchzuführen.

Schutzmaßnahmen beim Einsatz von Werkzeugen

Beim Gebrauch von Werkzeugen ist zu unterscheiden zwischen solchen, bei deren Einsatz in der Regel nur ein einzelner Funken entstehen kann, z.B. Schraubendreher oder Schraubenschlüssel, und solchen, bei denen bei der Bearbeitung des Werkstückes eine Vielzahl von Funken, z.B. bei Stemmarbeiten, oder sogar Funkengarben, z.B. beim Einsatz von Trenn- und Schleifgeräten, erzeugt wird.

In explosionsgefährdeten Bereichen der Zone 0 oder 20 dürfen keine Arbeitsmittel verwendet werden, bei deren Einsatz mit dem Auftreten auch von einzelnen Funken gerechnet werden muss.

In explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2 dürfen Stahlwerkzeuge verwendet werden, sofern beim Gebrauch weder Funkengarben noch heiße Oberflächen (z.B. beim Bohren) entstehen.

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Ein Verwendungsverbot in Zone 1 gilt jedoch für jegliche Art von metallischen Werkzeugen, wenn Explosionsgefahr durch Stoffe der Explosionsgruppe IIC (Acetylen, Schwefelkohlenstoff, Wasserstoff) sowie Schwefelwasserstoff, Kohlenmonoxid und Ethylenoxid gegeben sein kann, sofern keine besonderen Maßnahmen gegen das Entstehen zündwirksamer mechanischer Funken getroffen werden.

In explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 21 und 22 können Stahlwerkzeuge verwendet werden, sofern weder Funkengarben noch heiße Oberflächen (z.B. beim Bohren) entstehen. Andernfalls ist die Arbeitsstelle gegenüber dem übrigen Bereich der Zonen 21 und 22 abzuschirmen und zusätzlich ist eine der folgenden Maßnahmen durchzuführen:

  • Staubablagerungen sind an der Arbeitsstelle zu entfernen oder

  • die Arbeitsstelle ist so feucht zu halten, dass der Staub weder aufwirbeln kann noch Glimmnester entstehen können.

Bei Arbeiten mit Funkenflug, z.B. beim Schleifen oder Trennen, in den Zonen 21 und 22 oder deren Umgebung ist hinsichtlich der Bildung von Glimmnestern auch der weitere Bereich um die Arbeitsstelle in die genannten Schutzmaßnahmen einzubeziehen.

8.8.2.4 Elektrische Anlagen

Zündquellen durch elektrische Anlagen müssen vermieden werden.

Abb. 4: Elektrische Energie

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Elektrische Anlagen im Sinne dieser TRBS sind einzeln installierte oder zusammengeschaltete Geräte, Sicherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen sowie deren Verbindungsvorrichtungen, die elektrische Energie erzeugen, umwandeln, speichern, fortleiten, verteilen, messen, steuern oder verbrauchen. Hierzu können auch Einrichtungen der Prozessleittechnik und Informationstechnik gehören. Bei den nachstehenden Anforderungen ist vorausgesetzt, dass die grundlegenden elektrotechnischen und sicherheitstechnischen Anforderungen an solche Anlagen und Einrichtungen eingehalten sind.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Bei elektrischen Anlagen können – selbst bei geringen Spannungen – elektrische Funken (z.B. beim Öffnen und Schließen elektrischer Stromkreise und bei Ausgleichsströmen (vgl. 8.8.2.5)) und heiße Oberflächen (vgl. 8.8.2.1) als wirksame Zündquellen auftreten. Die Verwendung von Schutzkleinspannung (z.B. 42 Volt) ist keine Maßnahme des Explosionsschutzes, da auch bei kleineren Spannungen die Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre möglich ist.

Allgemeine Schutzmaßnahmen • Anforderungen

Die allgemeinen Anforderungen gelten nicht für Condult-Systeme, Anforderungen an Montage, Installation und Betrieb dieser Systeme sind im Einzelfall festzulegen. Auch ortsveränderliche Betriebsmittel und Prüfeinrichtungen sind Arbeitsmittel oder überwachungsbedürftige Anlagen im Sinne der BetrSichV. Dazu gehören auch Steckverbindungen und Kupplungen.

Elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen müssen auch den Anforderungen für elektrische Anlagen in nichtexplosionsgefährdeten Bereichen entsprechen.

Elektrische Betriebsmittel und Leitungsverbindungen in explosionsgefährdeten Bereichen sowie Einrichtungen, die zu deren sicherem Betrieb dienen, müssen in Übereinstimmung mit den unten genannten Anforderungen und den zusätzlichen Anforderungen an die jeweilige Zündschutzart ausgewählt, montiert und installiert sein.

Kabel- und Leitungseinführungen müssen für die jeweilige Zündschutzart geeignet sein.

Elektrische Anlagen müssen so ausgelegt und elektrische Betriebsmittel so montiert und installiert werden, dass ein leichter Zugang für die Prüfung und Instandhaltung gewährleistet ist.

Elektrische Kabel und Leitungen sind von Rohrleitungen, mit Ausnahme von elektrischen Begleitheizungen, getrennt zu verlegen.

• Auswahl elektrischer Betriebsmittel

Elektrische Betriebsmittel müssen so ausgewählt und installiert sein, dass sie gegen äußere Einflüsse geschützt sind, die ihre erforderliche Zündquellenfreiheit nachteilig beeinflussen können (z.B. chemische, mechanische, thermische und elektrische/elektromagnetische Einwirkung, Schwingung oder Feuchte, Ansammlung elektrisch leitfähiger Stäube). Zur Vermeidung von Funken und Überlast müssen bei drehenden elektrischen Maschinen

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in senkrechter Anordnung Vorkehrungen getroffen werden, die das Hineinfallen von Fremdkörpern in die Lüftungsöffnungen verhindern.

• Schutz gegen das Auftreten gefährlicher (zündfähiger) Funken/

○ Gefährdung durch aktive Teile

Um die Bildung von Funken zu vermeiden, durch die eine explosionsfähige Atmosphäre entzündet werden kann, muss die mögliche ungewollte Berührung blanker aktiver Teile – ausgenommen Teile eigensicherer Stromkreise – verhindert werden.

○ Gefährdung durch Körper elektrischer Betriebsmittel und fremde leitfähige Teile

Betriebliche und fremde Ströme sind auf Konstruktionsteilen und Umhüllungen zur Vermeidung von Potenzialanhebungen durch geeignete Maßnahmen zu verhindern.

Dies gilt als erfüllt, wenn z.B.

  • bei Vorhandensein eines TN-Systems dieses nur als TN-S-System genutzt wird,

  • bei Vorhandensein eines TT-Systems in der Zone 1 bzw. 21 dieses durch eine Fehlerstromsschutzeinrichtung geschützt ist,

  • bei Vorhandensein eines IT-Systems dessen Isolation überwacht wird.

Bei der Verwendung einer Schutztrennung darf nur ein einziges elektrisches Betriebsmittel an einen Trenntrafo angeschlossen sein.

○ Schutzmaßnahme Potenzialausgleich

Alle leitfähigen Anlagenteile sind in den Potenzialausgleich einzubeziehen, sofern man mit einer gefährlichen Potenzialverschiebung oder -Verschleppung rechnen muss. Auf eine ausreichende Dimensionierung der Einrichtungen des Potenzialausgleichs hinsichtlich der elektrischen und der mechanischen Eigenschaften ist zu achten. Leitfähige Körper elektrischer Betriebsmittel sind in der Regel in den Potenzialausgleich einzubeziehen. Verbindungen zum Potenzialausgleich sind gegen selbsttätiges Lockern zu sichern.

○ Elektromagnetische Felder

Bei der Auslegung elektrischer Anlagen müssen Auswirkungen von elektromagnetischen Feldern auf ein ungefährliches Maß beschränkt werden.

○ Ansammlung elektrisch leitfähiger Stäube

Gefährliche Ansammlungen elektrisch leitfähiger Stäube in oder an elektrischen Betriebsmitteln sind zu vermeiden, z.B. durch erhöhte Staubdichtheit der Betriebsmittel.

• Elektrische Schutzmaßnahmen

Elektrische Betriebsmittel, Kabel und Leitungen sowie deren Verbindungen müssen so ausgewählt und installiert werden, dass elektrische, mechanische, thermische und chemische Beanspruchungen nicht zu einer Zündgefahr führen.

Drehende elektrische Maschinen müssen gegen Überlast auch bei Ausfall eines Außenleiters geschützt werden, ausgenommen Motoren, die den Anlaufstrom bei Bemessungsspannung und Bemessungsfrequenz, oder Generatoren, die den Kurzschlussstrom dauernd führen können, ohne sich unzulässig zu erwärmen.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 15 – 01.09.2016 << >>

Transformatoren müssen gegen Überlast geschützt werden, sofern sie nicht dauernd den Sekundär-Kurzschlussstrom bei Primär-Bemessungsspannung und Bemessungsfrequenz ohne unzulässige Erwärmung führen können oder wenn keine Überlastung durch die angeschlossenen Verbraucher zu erwarten ist.

Überstrom- und Erdschluss-Schutzeinrichtungen müssen so ausgelegt werden, dass eine automatische Wiedereinschaltung vor Beseitigung des Fehlers, der zum Abschalten geführt hat, verhindert wird.

• Freischalten

Für jeden Stromkreis oder jede Stromkreisgruppe müssen geeignete Einrichtungen zum Freischalten vorgesehen werden, die alle aktiven Leiter einschließlich Neutralleiter erfassen.

Unmittelbar an oder neben jeder Trennvorrichtung muss eine Kennzeichnung angebracht werden, die eine eindeutige Zuordnung des zugehörigen Stromkreises oder der zugehörigen Stromkreisgruppe gestattet.

• Kabel und Leitungen

○ Allgemeines

Es sind geeignete Maßnahmen vorzusehen, die einen Zündquelleneintrag in explosionsgefährdete Bereiche über Brände von Kabeln und Leitungen verhindern.

○ Aluminiumleiter

Bei der Verwendung von Leitern aus Aluminium müssen dafür geeignete Klemmen verwendet werden.

○ Aderleitungen

Aderleitungen dürfen als spannungsführende Leiter nur in Schalttafeln oder -gehäusen verwendet werden. Dies gilt auch für Leitungen in eigensicheren Stromkreisen.

○ Anschlüsse

Der Anschluss von Kabeln und Leitungen muss den Anforderungen der jeweiligen Zündschutzart genügen. Die Kaltfließeigenschaften der Kabel sind dabei zu berücksichtigen.

○ Unbenutzte Öffnungen

Unbenutzte Öffnungen für Kabel- und Leitungseinführungen müssen mit Verschlusselementen verschlossen sein, die für die betreffende Zündschutzart geeignet sind.

○ Verbindungsstellen

Kabel und Leitungen sind in explosionsgefährdeten Bereichen ohne Unterbrechung zu verlegen. Ist dies nicht möglich, sind die Verbindungen in Gehäusen einer der Zone entsprechenden Zündschutzart anzuordnen oder sie sind durch geeignete Muffen zu sichern.

○ Steckdosen in staubexplosionsgefährdeten Bereichen

Um das Eindringen von Staub in dem Fall, dass eine Staubschutzkappe unbeabsichtigt fortgelassen wurde, so gering wie möglich zu halten, müssen Steckdosen so angeordnet werden, dass die Öffnung nach unten gerichtet ist.

Bei Steckdosen ist zu verhindern, dass während des Schließens oder Trennens der Steckverbindung ein Zündfunke entstehen kann, z.B. durch mechanische oder elektrische Verriegelungen.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 16 – 01.09.2016 << >>

○ Schutz mehrdrahtiger Leiterenden

Mehr- oder feindrähtige Leiterenden sind gegen Aufspleißen zu schützen. Das Verlöten der Leiterenden zum direkten Anschluss ist nicht zulässig.

○ Unbenutzte Aderleitungen

Jede unbenutzte Aderleitung in mehradrigen Kabeln muss in explosionsgefährdeten Bereichen am Ende entweder mit Erde verbunden oder durch geeignete Abschlussmittel ausreichend isoliert werden.

○ Oberflächentemperatur

Bei Kabeln und Leitungen ist die maximal zulässige Oberflächentemperatur der Anlage nach Kapitel 8.8.2.1 zu beachten.

○ Bewehrung und Abschirmung

Bewehrungen und Abschirmungen1 müssen in den Potenzialausgleich eingebunden sein.

○ Kabel und Leitungen in Zone 0

Kabel und Leitungen dürfen grundsätzlich nicht durch Zone 0 geführt werden. Ist dies nicht möglich, sind Maßnahmen im Einzelfall festzulegen.

Zusätzliche Anforderungen bei Anwendungen der Zündschutzart R

Bei Zündschutzart druckfeste Kapselung sind Spalte gegen Korrosion und das Eindringen von Wasser zu schützen. Werden Motoren in der Zündschutzart druckfeste Kapselung mit veränderlicher Frequenz und Spannung betrieben, müssen die relevanten Oberflächen, z.B. mit Temperaturfühlern, so überwacht werden, dass eine Schutzeinrichtung den Motor vor Erreichen der kritischen Oberflächentemperatur abschaltet. Alternativ kann der Motor mit den vorgesehenen Schutzeinrichtungen auch als Ganzes einem Konformitätsbewertungsverfahren gemäß Explosionsschutzprodukteverordnung (11. ProdSV) i.V.m. der Richtlinie 2014/34/EU unterzogen worden sein. Mögliche Überspannungsspitzen – ausgelöst durch den Umrichter – sind zu beachten.

Bei Anwendung der Zündschutzart e – erhöhte Sicherheit – und tD – staubsicheres Gehäuse erforderlich

Motoren der Zündschutzarten erhöhte Sicherheit und staubsicheres Gehäuse sind so gegen Überlast zu schützen, dass auch bei Festbremsung die angegebene Temperaturklasse nicht überschritten wird. Bei Motoren in Dreieckschaltung ist auch der Ausfall eines Außenleiters zu beherrschen. Bei Verwendung eines Sanftanlaufes sind die erforderlichen Maßnahmen im Einzelfall festzulegen. Bei Motoren in der Zündschutzart erhöhte Sicherheit oder staubsicheres Gehäuse mit veränderlicher Frequenz und Spannung muss die Zündquellenfreiheit für den Motor mit den vorgesehenen Schutzeinrichtungen als Ganzes betrachtet sein, in der Regel durch ein Konformitätsbewertungsverfahren gemäß Explosionsschutzprodukteverordnung (11. ProdSV) i.V.m. der Richtlinie 2014/34/EU.

Zusätzliche Anforderungen bei Anwendung der Zündschutzart i in Anlagen für die Zonen 1, 21, 2, 22

Installationsanforderungen für Zonen 1 und 2 können bei Verwendung von Geräten der Schutzart iD ohne Weiteres auch für Zonen 21 und 22 angewendet werden.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 17 – 01.05.2012 << >>

• Betriebsmittel

Für an einen eigensicheren Stromkreis angeschlossene, zugehörige Betriebsmittel, Kabel und Leitungen, die außerhalb explosionsgefährdeter Bereiche installiert werden, gelten bezüglich der sicheren elektrischen Installation die gleichen Anforderungen wie für den explosionsgefährdeten Bereich.

Der Betrieb einfacher elektrischer Betriebsmittel ist zulässig, wenn sie den Anforderungen der Zündschutzarten Eigensicherheit i oder Eigensicherheit iD genügen.

Elektrische Betriebsmittel, die an nichteigensichere Anschlussklemmen eines zugehörigen Betriebsmittels angeschlossen sind, dürfen nicht mit einer Speisespannung versorgt werden, die größer ist, als die auf dem Typenschild des zugehörigen Betriebsmittels angegebene Spannung Um. Der maximal zu erwartende (prospektive) Kurzschlussstrom der Versorgung darf nicht größer als 1.500 A bei max. AC 250 V sein.

• Kabel und Leitungen

○ Allgemeines

In eigensicheren Stromkreisen dürfen nur isolierte Kabel und Leitungen verwendet werden, deren Prüfspannung zwischen Leiter-Erde, Leiter-Schirmung und Schirmung-Erde mindestens AC 500 V oder DC 750 V beträgt.

Der Durchmesser einzelner Leiter im explosionsgefährdeten Bereich darf nicht weniger als 0,1 mm betragen. Dies gilt auch für die einzelnen Drähte von feindrähtigen Leitern.

Eigensichere Stromkreise sind so zu errichten, dass die sichere Trennung von anderen Stromkreisen auch unter anzunehmenden Fehlerbedingungen sichergestellt ist.

○ Installation von Kabeln und Leitungen

Anlagen mit eigensicheren Stromkreisen müssen so errichtet werden, dass deren Eigensicherheit nicht durch äußere elektrische oder magnetische Felder beeinträchtigt wird.

Jede unbenutzte Ader eines mehradrigen Kabels muss abweichend den oben genannten Forderungen an unbenutzte Aderleitungen

  • an beiden Enden entweder ausreichend gegen Erde oder von den anderen Adern durch den Einsatz von geeigneten Abschlüssen isoliert sein oder

  • falls andere Stromkreise in dem mehradrigen Kabel eine Erdverbindung besitzen (z.B. über zugehörige Betriebsmittel), an dem Erdpunkt angeschlossen werden, der zur Erdung aller eigensicheren Stromkreise in demselben Kabel verwendet wird. Sie müssen am anderen Ende durch geeignete Abschlüsse ausreichend von Erde und gegeneinander isoliert sein.

Aderleitungen von eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen dürfen nicht in derselben Leitung geführt werden.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 18 – 01.05.2012 << >>

○ Erdung leitender Schirme

Ist eine Schirmung im Kabel oder in der Leitung erforderlich, ist der Schirm so zu erden, dass dadurch keine Zündquelle entstehen kann. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass die Stromtragfähigkeit der Schirmung nicht überschritten werden kann.

○ Kennzeichnung von Kabeln und Leitungen

Kabel und Leitungen für eigensichere Stromkreise müssen eindeutig gekennzeichnet sein. Falls Mäntel oder Umhüllungen durch eine Farbe gekennzeichnet sind, muss die verwendete Farbe Hellblau sein.

○ Mehradrige Kabel und Leitungen mit mehr als einem eigensicheren Stromkreis

In mehradrigen Leitungen dürfen mehrere eigensichere Stromkreise zusammen verlegt sein, wenn eine gegenseitige schädliche Beeinflussung so verhindert wird, dass die Eigensicherheit in allen eigensicheren Stromkreisen erhalten bleibt. Mehradrige Kabel und Leitungen ohne leitende Schirme für die einzelnen Stromkreise müssen zusätzlich von einem Typ sein, der einer Isolationsprüfung von wenigstens AC 1.000 V (Effektivwert) oder DC 1.500 V standhält, angelegt zwischen einem Bündel, das die eine Hälfte der miteinander verbundenen Leitungsadern enthält, und einem anderen Bündel, das die andere Hälfte der miteinander verbundenen Leitungsadern enthält.

○ Fehlerbetrachtungen bei mehradrigen Kabeln und Leitungen

Mehradrige Leitungen sind entsprechend der Konstruktion der Leitungen bzw. der in ihnen enthaltenen eigensicheren Stromkreise hinsichtlich der Möglichkeit fehlerhafter Zusammenschaltungen zu beurteilen.

• Anschluss eigensicherer Stromkreise

In elektrischen Anlagen mit eigensicheren Stromkreisen müssen die Klemmstellen zuverlässig von den nichteigensicheren Stromkreisen getrennt sein (z.B. durch eine Trennplatte mit mindestens 50 mm Fadenmaß oder einen Abstand von mindestens 50 mm). Die Anschlussklemmen eigensicherer Stromkreise müssen als solche gekennzeichnet sein. Bei eigensicheren Klemmstellen müssen die Mindestabstände zwischen den blanken leitenden Teilen der an die Anschlussklemmen angeschlossenen externen Leiter und geerdeten oder anderen nicht spannungsführenden leitfähigen Teilen 3 mm betragen. Die Abstände zwischen blanken leitenden Teilen von Anschlussklemmen getrennter eigensicherer Stromkreise müssen mindestens 6 mm zwischen den blanken leitenden Teilen von angeschlossenen äußeren Leitern betragen.

Steckverbinder für den Anschluss äußerer eigensicherer Stromkreise müssen getrennt von und unverwechselbar mit solchen sein, die für nichteigensichere Stromkreise verwendet werden.

Erdung eigensicherer Stromkreise

Wenn eigensichere Stromkreise geerdet werden sollen, sind sie an ein Potenzialausgleichssystem anzuschließen, das sich über den gesamten Bereich des eigensicheren Stromkreises erstreckt. Eine Mehrfacherdung eines eigensicheren Stromkreises ist nur unter besonderen Bedingungen zulässig.

Nachweis der Eigensicherheit

Sofern keine Systembescheinigung mit Angabe der Parameter für den kompletten eigensicheren Stromkreis vorliegt, ist bei der Errichtung eigensicherer Stromkreise die Zusammenschaltung der Geräte einschließlich Kabel und Leitungen dahin gehend zu beurteilen, ob die Anforderungen

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 19 – 01.05.2012 << >>
der Zündschutzart Eigensicherheit erfüllt sind. Bei zwei oder mehreren zusammengeschalteten, eigensicheren Stromkreisen ist entsprechend zu verfahren. Die maximal zulässige Oberflächentemperatur darf nicht überschritten werden.

Der Nachweis der Eigensicherheit ist zu dokumentieren.

• Kabel- und Leitungseinführungen

Anschlusskästen für die Zündschutzart i müssen der Schutzklasse IP 54, in trockenen und sauberen Räumen der Schutzklasse IP 20, entsprechen.

Zusätzliche Anforderungen bei Anwendung der Zündschutzart i – Eigensicherheit – in Anlagen für die Zonen 0 und 20

Eigensichere Stromkreise müssen nach den Anforderungen für Zone 1, 21, 2 und Zone 22 installiert sein; abweichend oder ergänzend gelten die folgenden speziellen Anforderungen.

Wenn die Erdung des Stromkreises aus Funktionsgründen erforderlich ist, muss die Erdverbindung außerhalb der Zone 0 angeschlossen sein, jedoch so nah wie möglich am Zone-0-Betriebsmittel. Eine mehrfache Erdung des Stromkreises ist nicht zulässig.

Wenn mit Überspannungen in Zone 0 zu rechnen ist, sind geeignete Schutzmaßnahmen zu ergreifen.

Das Kabel oder die Leitung zwischen dem eigensicheren, elektrischen Betriebsmittel in Zone 0 und der Überspannungsschutzeinrichtung muss so errichtet werden, dass es/sie gegen Einflüsse durch Blitzschlag geschützt ist. Die vorstehend genannten Maßnahmen für Zone 0 können unter bestimmten Voraussetzungen auch für Zone 20 angewendet werden.

8.8.2.5 Elektrische Ausgleichsströme, kathodischer Korrosionsschutz

Zündfähige elektrische Funken sowie zündfähige Erwärmung von Stromwegen durch elektrische Ausgleichsströme oder kathodischen Korrosionsschutz sind entsprechend den nachstehenden Anforderungen zu vermeiden.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

In elektrischen Anlagen oder anderen leitfähigen Anlagenteilen können zeitweise oder dauernd Ausgleichsströme (auch Streu- oder Leckströme genannt) fließen:

  • als Rückströme zu Stromerzeugungsanlagen (insbesondere im Bereich von elektrischen Bahnen, großen Schweißanlagen und Anlagen mit kathodischem Korrosionsschutz), wenn z.B. im Erdreich verlegte elektrisch leitfähige Anlagenteile wie Schienen, Rohre und Kabelmäntel den Widerstand dieses Rückstromweges verringern

  • infolge von Körper- oder Erdschluss bei Fehlern in elektrischen Anlagen

    8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 20 – 01.05.2012 << >>
  • infolge von Induktion (z.B. in der Nähe von elektrischen Anlagen mit großen Stromstärken oder hohen Frequenzen) (s. 8.8.2.8) und

  • infolge von Blitzschlag (s. 8.8.2.7)

Abb. 5: Potenzialausgleich erforderlich

Werden derartige Anlagenteile getrennt, verbunden oder überbrückt, kann – selbst bei geringen Potenzialdifferenzen – durch elektrische Funken explosionsfähige Atmosphäre entzündet werden. Ferner sind Entzündungen durch Erwärmung dieser Stromwege möglich (s. 8.8.2.1).

Schutzmaßnahmen bei Ausgleichsströmen

○ Schutzmaßnahmen für alle Zonen

Alle leitenden Anlagenteile sind in den Potenzialausgleich einzubeziehen, sofern man mit einer gefährlichen Potenzialverschiebung rechnen muss. Hierzu gehören auch ortsveränderliche Anlagenteile.

Der Potenzialausgleichsleiter muss einen ausreichenden Querschnitt aufweisen und gegen mechanische Belastungen geschützt verlegt sein.

Vor dem Öffnen und Schließen der Verbindungen von leitfähigen Anlagenteilen, z.B. beim Ausbau von Armaturen und Rohrteilen, sind Überbrückungen durch Verbindungsleitungen mit ausreichendem Querschnitt erforderlich.

Verbindungen zu ortsveränderlichen Anlagenteilen müssen entweder

  • in einem nicht explosionsgefährdeten Bereich oder

  • mit einer Verbindung, die den Zonenanforderungen des Einsatzortes entsprechen, oder

    8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 21 – 01.09.2016 << >>
  • nach einem dokumentierten Verfahren, mit dem das Risiko der Funkenbildung auf ein annehmbares Maß verringert wird,

hergestellt werden.

Potenzialausgleichsverbindungen müssen gegen Selbstlockern gesichert werden.

• Schutzmaßnahmen für Zone 2 und 22

In den Zonen 2 und 22 kann in der Regel auf einen zusätzlichen Potenzialausgleich verzichtet werden, es sei denn, Lichtbögen oder Funken, die von Ausgleichsströmen herrühren, treten im Normalbetrieb auf.

• Schutzmaßnahmen für kathodisch geschützte Anlagen

Kathodisch geschützte Metallteile, die sich in explosionsgefährdeten Bereichen befinden, sind aktive fremde leitfähige Teile, die im Regelfall nicht in den Potenzialausgleich einbezogen werden können (Ausnahme: lokale kathodische Korrosionsschutzanlagen, LKS). Sie sind dauerhaft gegen zufälliges Überbrücken zu isolieren. Isolierkupplungen und Isolierflansche sind nach Möglichkeit außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches anzuordnen. Ist dies nicht möglich, müssen sie außer in der Zone 2 und 22 durch explosionsgeschützte Funkenstrecken geeigneter Ansprechspannung gegen Durch- und Überschlag gesichert werden, wenn mit gefährlichen Überspannungen zu rechnen ist.

• Schutzmaßnahmen für die Zonen 0, 20, 1 und 21

Wenn elektrische Einrichtungen innerhalb von kathodisch geschützten Behältern (Tanks, Rohrleitungen etc.) mit äußeren Anoden (KKS) von außen mit Anschlussleitungen versehen sind, muss ein ungeerdeter Potenzialausgleich zwischen allen Leitungen untereinander und gegen die kathodisch geschützte Wandung über blitzstromtragfähige Überspannungsschutzgeräte in der unmittelbaren Nähe der Zone, aber möglichst außerhalb derselben durchgeführt werden. Der Überspannungsschutz ist auf die Isolationsfestigkeit der Leitung und der Geräte im explosionsgefährdeten Bereich abzustimmen. Der Installationsort muss gegen direkte Blitzeinschläge geschützt sein. Der ungeerdete Potenzialausgleichsleiter muss einen ausreichenden Querschnitt aufweisen und gegen Beschädigungen geschützt verlegt sein. Die gefährliche Einkopplung von elektrischen, magnetischen oder elektromagnetischen Feldern ist zu verhindern.

Werden leitfähige Anlagenteile in die Zonen eingebracht, z.B. Lüftungs- und Saugrohre in Tanks, so sind sie vorher in den Potenzialausgleich einzubeziehen.

In Zone 0 und 20 darf für Metallteile kein innerer kathodischer Schutz (IKS) vorgesehen werden. Abweichend von Satz 1 ist IKS zulässig, wenn durch Maßnahmen sichergestellt ist, dass

  • die Anoden während des Schutzanlagenbetriebes dauerhaft unter Flüssigkeit gehalten werden oder

  • eine Unterschreitung eines Mindestflüssigkeitsspiegels zur Abschaltung der IKS-Anlage und zur Herstellung der Potenzialgleichheit zwischen Anoden und Schutzobjekt führt.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 22 – 01.09.2016 << >>

Abhängig vom Elektrolyten besteht die Möglichkeit der Wasserstofffreisetzung. IKS dient zum Schutz der inneren Oberflächen (z.B. Behälter) und besteht aus einer geeigneten Stromquelle und einer im Elektrolyten im Inneren isoliert aufgestellten Anode. Die Kathode wird durch die zu schützenden Oberfläche gebildet.

• Schutzmaßnahmen für Zonen 2 und 22

In den Zonen 2 und 22 kann auf zusätzliche Schutzmaßnahmen verzichtet werden.

8.8.2.6 Statische Elektrizität

Entladungen statischer Elektrizität müssen vermieden werden, soweit sie wirksame Zündquellen sein können. Für die Beurteilung und die Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen in explosionsgefährdeten Bereichen und für die Auswahl und Durchführung von Schutzmaßnahmen zum Vermeiden dieser Gefahren gilt TRGS 727 Vermeidung von Zündgefahren infolge elektrostatischer Aufladungen.

Abb. 6: Elektrostatik

8.8.2.7 Blitzschlag

Ein Blitzschlag kann sowohl durch einen direkten Einschlag, aber auch durch die Auswirkungen eines Einschlags in größerer Entfernung explosionsfähige Atmosphäre entzünden.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Erfolgt ein Blitzeinschlag in explosionsfähige Atmosphäre, wird durch den Blitz die Atmosphäre unmittelbar entzündet. Daneben besteht eine Zündgefahr durch starke Erwärmung der Ableitwege des Blitzes.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 23 – 01.05.2012 << >>

Von Blitzeinschlagstellen aus fließen starke Ströme, die auch in größerer Entfernung von der Einschlagstelle zündfähige Funken und Sprühfeuer auslösen können. Auswirkungen durch Blitzschlag können infolge von Überspannungen auch in größerer Entfernung von der Einschlagstelle auftreten.

Abb. 7: Blitzschlag

Bei Blitzschlag außerhalb der Zonen können Rückwirkungen auf die explosionsgefährdeten Bereiche auftreten.

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

Der Blitzeinschlag in explosionsfähige Atmosphäre ist zu verhindern, da es sonst zu einer Entzündung der explosionsfähigen Atmosphäre kommt.

Zusätzlich müssen die Ableitwege des Blitzes so ausgeführt werden, dass eine Erwärmung oder zündfähige Funken bzw. Sprühfunken nicht zur Zündquelle der explosionsfähigen Atmosphäre werden können.

Die schädlichen Auswirkungen auf explosionsgefährdete Bereiche auch von Blitzeinschlägen, die in größerer Entfernung erfolgen, müssen vermieden werden.

Anlagen sind durch geeignete Blitzschutzmaßnahmen zu schützen, wenn Gefahren durch Blitzeinschlag zu erwarten sind. Die Maßnahmen sind mindestens so zu treffen, dass eine Blitzkugel mit einem Radius von 30 m beherrscht wird.

Blitzschutzmaßnahmen dürfen durch ihre Wirkung bzw. Konfiguration andere Schutzmaßnahmen, z.B. kathodischen Korrosionsschutz, nicht beeinträchtigen.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 24 – 01.05.2012 << >>

Als Verbindungsleitungen zwischen Metallteilen und Erdern gelten außer elektrischen Leitungen auch Anlagenteile aus Metall, die sicher elektrisch leitend verbunden sind.

Schutzmaßnahmen für Zonen 0 und 20

Schädliche Einwirkungen auf die Zonen 0 und 20 von Blitzen, die außerhalb der Zonen 0 und 20 einschlagen, sind zu verhindern. Dies gilt z.B. als erfüllt, wenn Überspannungsableiter an geeigneten Stellen, also außerhalb explosionsgefährdeter Bereiche, eingebaut werden.

Anschlüsse und Verbindungen mit Rohrleitungen sind so auszubilden, dass beim Blitzstromdurchgang keine Funken bzw. unzulässig hohe Erwärmungen entstehen. Geeignete Anschlüsse an Rohrleitungen sind angeschweißte Fahnen oder Bolzen oder Gewindebohrungen in den Flanschen zur Aufnahme von Schrauben. Diese Verbindungsstellen müssen so dimensioniert werden, dass sie blitzstromtragfähig sind.

Schutzmaßnahmen für Zonen 1 und 21

Der Potenzialausgleich sowie Anschlüsse und Verbindungen mit Anlagenteilen aus Metall sind so auszubilden, dass beim Blitzstromdurchgang keine Funken bzw. unzulässig hohe Erwärmungen entstehen. Geeignete Anschlüsse an Rohrleitungen sind angeschweißte Fahnen oder Bolzen oder Gewindebohrungen in den Flanschen zur Aufnahme von Schrauben.

Schutzmaßnahmen für Zonen 2 und 22

Blitzschutzanlagen als Maßnahmen für die Zonen 2 und 22 sind nicht erforderlich, da die Wahrscheinlichkeit für das Zusammentreffen eines Blitzes mit dem Auftreten von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre als äußerst gering angesehen werden kann. Gegebenenfalls können organisatorische Maßnahmen (z.B. bei Instandsetzungsarbeiten) zur Anwendung kommen.

8.8.2.8 Elektromagnetische Felder im Bereich der Frequenzen von 9 1011 Hz

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Elektromagnetische Felder gehen von allen Anlagen aus, die hochfrequente elektrische Energie erzeugen und benutzen (Hochfrequenzanlagen). Dazu gehören beispielsweise Funksender (z.B. für Mobil- oder CB-Funk) oder medizinische, wissenschaftliche und industrielle Hochfrequenzgeneratoren zum Erwärmen, Trocknen, Härten und zum Schweißen oder Schneiden.

Sämtliche im Strahlungsfeld befindlichen leitfähigen Teile wirken als Empfangsantenne (sogenanntes Empfangsgebilde). Bei ausreichender Stärke des Feldes und genügender Größe des Empfangsgebildes kann eine explosionsfähige Atmosphäre entzündet werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die empfangene Hochfrequenzleistung dünne Drähte zum Glühen bringt oder dass bei Kontakt bzw. Unterbrechung leitfähiger Teile Funken erzeugt werden. Bei besonders starken elektromagnetischen Feldern, wie in der unmittelbaren Nähe von Hochfrequenzgeneratoren hoher Leistung, können sogar nicht leitfähige Materialien sich stark erwärmen und zur Zündquelle werden. Die vom Empfangsgebilde aufgenommene Energie, die zur Zündung führen kann, ist bei gegebe-

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 25 – 01.05.2012 << >>
ner Frequenz und Sendeleistung in erster Linie abhängig vom Abstand Strahler-Empfangsgebilde und den Abmessungen des Empfangsgebildes.

Abb. 8: Mobilfunkgeräte (Handy)

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

Durch Begrenzung der eingesetzten Sendeleistung/Strahlungsleistung sind Funkenbildungen innerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches entsprechend den nachstehenden Anforderungen für die entsprechenden Zonen zu vermeiden.

Sollte sich die Strahlungserzeugende Quelle (Sender/Antenne) außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches befinden, so ist das Vermeiden der Bildung wirksamer Zündquellen durch Einhaltung eines ausreichenden Sicherheitsabstandes zu erreichen.

Als allgemeine Schutzmaßnahme gegen die Zündwirkung unbeabsichtigt einwirkender elektromagnetischer Felder ist nach allen Richtungen ein Sicherheitsabstand zwischen Sendeantenne und einem sich im explosionsgefährdeten Bereich befindlichen Empfangsgebilde zu beachten. Bei Sendeantennen mit Richtcharakteristik ist zu beachten, dass der Sicherheitsabstand richtungsabhängig sein kann. Der Sicherheitsabstand kann durch Rechnung oder Messung ermittelt werden. Kann ein ausreichender Sicherheitsabstand nicht eingehalten werden, sind geeignete Schutzmaßnahmen, sender- oder empfangsseitig, festzulegen.

Die Zeit bis zum Einsetzen der selbständigen Flammenausbreitung ist die Zündinduktionszeit. Sie ist für verschiedene Stoffe unterschiedlich. In zündwilligster Zusammensetzung mit Luft beträgt die Zündinduktionszeit für Wasserstoff etwa 20 μs, für Propan und Ethylen etwa 100 μs. Die während der Zündinduktionszeit eingespeiste Energie kann praktisch als voll zündwirksam betrachtet werden. Eine spätere Energiezufuhr kann nicht mehr voll zündwirksam werden, da die für die Entzündung zur Verfügung stehende Energie bereits durch eintretende Wärmeverluste an das umgebende Gas gemindert wird.

Bei kontinuierlicher Energiezufuhr stellt sich schließlich ein Zustand ein, bei dem sich Energiezufuhr und Verluste an die Umgebung die Waage

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 26 – 01.05.2012 << >>
halten. In diesem Fall ist die dem Funken zugeführte elektrische Leistung maßgeblich für die Entzündung. Bei einer einmaligen Energiezufuhr in Form eines kurzzeitigen Impulses, bei der die Impulsdauer kleiner als die Zündinduktionszeit des Gemisches ist, ist jedoch die im Impuls enthaltene Energie als die maßgebliche Größe für die Entzündung anzusehen.

Für direkte Einwirkung des Strahlungsfeldes einer kontinuierlichen Hochfrequenzquelle mit einem Frequenzbereich von 9 103 Hz bis 3 1010 Hz auf eine explosionsfähige Atmosphäre der Zonen 1 und 2 gilt in Abhängigkeit von der Explosionsgruppe, dass bei einer eingestrahlten Spitzenleistung von nicht mehr als

  • 2 W bei Explosionsgruppe IIC, gemittelt über 20 μs,

  • 3,5 W bei Explosionsgruppe IIB, gemittelt über 80 μs, und

  • 6 W bei Explosionsgruppe IIA, gemittelt über 100 μs,

eine Zündgefahr nicht zu erwarten ist. In der Zone 0 dürfen 80 % dieser Leistungen nicht überschritten werden. Sollte kontinuierliche elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich von 3 1010 Hz bis 3 1011 Hz nicht zu vermeiden sein, ist die Zündgefahr im Einzelfall zu bewerten.

Bei explosionsfähigen Staub/Luft-Gemischen der Zonen 21 und 22 darf eine Leistung von maximal 6 W eingestrahlt werden, wenn dabei die Mindestzündenergie des explosionsfähigen Staub/Luft-Gemisches größer oder gleich 1 mJ beträgt. In der Zone 20 dürfen 80 % dieser Leistung nicht überschritten werden. Die allgemeine Betriebserlaubnis, das Funkschutzzeichen des VDE, die Angabe des Funkentstörgrades oder die CE-Kennzeichnung nach EMV-Richtlinie enthalten keine Aussagen darüber, ob durch das Gerät oder sein Strahlungsfeld eine Zündgefahr besteht.

Für gepulste elektromagnetische Felder mit einem Frequenzbereich von 9 103 Hz bis 3 1010 Hz (z.B. Radar), bei denen die Impulsdauer kürzer als die Hälfte der Zündinduktionszeit, die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen jedoch länger als die dreifache Zündinduktionszeit ist, stellt die dem Einzelimpuls entnehmbare Energie ein geeigneteres Zündkriterium dar. Unter diesen Bedingungen ist eine Entzündung durch eine gepulste Hochfrequenz-Entladung nicht zu erwarten, wenn die dem Empfangsgebilde maximal entnehmbare Energie des Einzelimpulses die in Tabelle 3 angegebenen Zündgrenzwerte nicht überschreitet. Die Mittelung hat sich über die Zeitspannen der angegebenen Zündinduktionszeiten zu erstrecken.

Tab. 3: Maximal entnehmbare Energie und Zündgrenzwerte

Explosionsgruppe

Zündgrenzwert der Energie des Einzelimpulses

IIA

950 μJ

IIB

250 μJ

IIC

50 μJ

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 27 – 01.05.2012 << >>

Bei der Auswahl und Anwendung von Schutzmaßnahmen werden in der Regel Stäube mit einer Mindestzündenergie unter 3 mJ bezüglich ihres Entzündungsverhaltens mit Gas/Luft-Gemischen gleichgesetzt. Sollte gepulste elektromagnetische Strahlung im Frequenzbereich von 3 1010 Hz bis 3 1011 Hz nicht zu vermeiden sein, ist die Zündgefahr im Einzelfall zu bewerten.

8.8.2.9 Elektromagnetische Strahlung im Bereich der Frequenzen von 3 1011 Hz bis 3 1015 Hz bzw. Wellenlängen von 1.000 μm bis 0,1 μm (optischer Spektralbereich)

Strahlung im optischen Spektralbereich, die eine wirksame Zündquelle bilden kann, ist entsprechend den nachstehenden Anforderungen für die entsprechenden Zonen zu vermeiden.

Abb. 9: Warnung vor Gefahren durch Laserstrahlung

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Strahlung im optischen Spektralbereich kann – insbesondere bei Fokussierung – durch Absorption in explosionsfähiger Atmosphäre oder an festen Oberflächen zur Zündquelle werden.

Sonnenlicht kann eine Zündung auslösen, wenn Gegenstände eine Bündelung der Strahlung herbeiführen (z.B. gefüllte Spritzflasche, Hohlspiegel usw.).

Die Strahlung von Blitzlichtquellen wird unter Umständen durch Staubpartikel so stark absorbiert, dass diese Partikel zur Zündquelle für explosionsfähige Atmosphäre oder für Staubablagerungen werden.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 28 – 01.05.2012 << >>

Bei Laserstrahlung kann auch in großer Entfernung noch die Energie- bzw. Leistungsdichte selbst des unfokussierten Strahles so groß sein, dass Zündung möglich ist. Die Erwärmung entsteht auch hier hauptsächlich beim Auftreffen des Laserstrahles auf eine Festkörperoberfläche oder bei Absorption an Staubpartikeln in der Atmosphäre oder an verschmutzten lichtdurchlässigen Teilen; ferner kann die Übereinstimmung von Absorptionsbanden des Gases mit der Laserwellenlänge Zündursache sein.

Es ist zu beachten, dass auch die Strahlung erzeugenden Arbeitsmittel selbst (z.B. Lampen, Lichtbogen, Laser usw.) Zündquellen der Abschnitte 8.8.2.1 oder 8.8.2.4 sein können.

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

Einrichtungen, die durch Resonanzabsorption eine Zündung bewirken können, sind nicht zulässig.

Die Energie eines Strahlungsimpulses oder die Leistung bzw. Bestrahlungsstärke einer Dauerstrahlung ist so zu begrenzen, dass sie die explosionsfähige Atmosphäre nicht entzünden kann.

Beispielsweise sind die folgenden Strahlungsleistungen nicht als Zündquelle anzusehen, wenn angenommen wird, dass die Strahlung an einem Festkörper vollkommen absorbiert und in eine Erwärmung umgesetzt wird und so eine heiße Oberfläche erzeugt wird.

Die in Tabelle 4 genannten Werte sind grobe Vereinfachungen mit großem Sicherheitsabstand. Bei geringerer Absorption oder guter Wärmeableitung an die Umgebung oder aber auch bei fehlendem Absorber sind auch höhere Leistungen ohne Entzündungen möglich.

Tab. 4: Beispiele für sichere Strahlungsleistungen für Dauerstrahlung

Explosionsgruppe

I

IIA

IIA

IIB

IIC

IIC

Temperaturklasse

 

T1-T3

T4

T1-T4

T1-T4

T5-T6

Leistung in mW

150

150

35

35

35

15

Bestrahlungsstärke in mW/mm2 (bei Flächen < 400 mm2)

20*)

20*)

5

5

5

5

*) Bei Flächen > 30 mm2 gilt der 5 mW/mm2-Grenzwert, wenn sich brennbares Material (z.B. Kohlenstaub) im Strahl befinden kann.

Alternativ ist die Strahlung so einzuschließen, dass

  • jegliches Entweichen von Strahlung, die explosionsfähige Atmosphäre zünden könnte, aus der Umschließung in den gefährdeten Bereich sicher verhindert wird und keine durch die Strahlung erhitzten Oberflächen auftreten, an denen sich explosionsfähige Atmosphäre außerhalb der Umschließung entzünden könnte, und

  • die explosionsfähige Atmosphäre nicht in die Umschließung eindringen kann oder eine im Innern der Umschließung auftretende Explosion nicht in den gefährdeten Bereich übergreifen kann.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 29 – 01.05.2012 << >>

In den Zonen 2 und 22 müssen die Bedingungen gemäß den Absätzen 2 bis 4 bei Normalbetrieb gewährleistet sein, in den Zonen 1 und 21 auch bei selten eintretenden Situationen (z.B. Betriebsstörungen) und in den Zonen 0 und 20 sogar bei sehr selten eintretenden Situationen (z.B. bei seltenen Betriebsstörungen).

8.8.2.10 Ionisierende Strahlung

Ionisierende Strahlung, die eine wirksame Zündquelle sein kann, ist in ausreichendem Maße zu vermeiden.

Abb. 10: Warnung vor radioaktiven Stoffen oder ionisierender Strahlung

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Eine Gefährdung durch ionisierende Strahlung liegt dann vor, wenn die z.B. durch

  • kurzwellige UV-Strahler,

  • Röntgenröhren,

  • kurzwellige Laser,

  • radioaktive Stoffe,

  • Beschleuniger oder

  • Kernreaktoren

erzeugte Strahlung explosionsfähige Atmosphäre (insbesondere explosionsfähige Atmosphäre mit Staubpartikeln) infolge der Energieabsorption entzünden kann.

Darüber hinaus kann sich auch eine radioaktive Quelle selbst durch Eigenabsorption von Strahlungsenergie so hoch erwärmen, dass die Zündtemperatur umgebender explosionsfähiger Atmosphäre überschritten wird.

Unter Einwirkung ionisierender Strahlung können durch Radiolyse und chemische Zersetzung oder Umwandlung, insbesondere bei Bildung sehr reaktionsfähiger Radikale, explosionsfähige Stoffe und Gemische erzeugt und damit weitere Explosionsgefahren geschaffen werden.

Grenzwerte, unterhalb deren keine Schutzmaßnahmen erforderlich sind: In allen Zonen sind gasdicht umschlossene radioaktive Stoffe mit

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 30 – 01.05.2012 << >>
Aktivitäten bis 4 1010 Bq zulässig. Bei Gewährleistung hinreichender Wärmeableitung können diese Werte auch überschritten werden. In Zweifelsfällen ist die zulässige Grenze der Aktivität festzulegen. Die Ionendosisleistung bei Bestrahlungseinrichtungen darf 3 mA/kg (etwa 400 Gy/h) nicht überschreiten.

Die zulässigen Mengen radioaktiver Stoffe sowie die zulässige Bestrahlungsstärke (Dosisleistung) sind im Einzelnen festzulegen, sofern die angegebenen Werte überschritten werden können. Bei der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung mit den vielfach benutzten Iridium-192- und Selen-75-Quellen können Aktivitäten bis zur Größenordnung von 1012 Bq ohne besondere Berücksichtigung der Wärmeableitungsbedingungen als unbedenklich angesehen werden.

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

In allen Zonen sind Arbeitsmittel zulässig, die ionisierende Strahlung, UV-Strahlung oder Laserstrahlung erzeugen, wenn

  1. a)

    die Energie eines Strahlungsimpulses oder der Energiefluss (Leistung) einer Dauerstrahlung so gering ist, dass sie die explosionsfähige Atmosphäre nicht zünden kann, oder

  2. b)

    die Strahlung so eingeschlossen wird, dass

    • jegliches Austreten von Strahlung, die explosionsfähige Atmosphäre zünden könnte, aus der Umschließung in den gefährdeten Bereich sicher verhindert wird und dass keine durch die Strahlung erhitzten Oberflächen auftreten, an denen sich explosionsfähige Atmosphäre außerhalb der Umschließung entzünden könnte, und

    • die explosionsfähige Atmosphäre nicht in die Umschließung eindringen oder eine im Innern der Umschließung auftretende Explosion nicht in den gefährdeten Bereich übergreifen kann.

In den Zonen 2 und 22 müssen obige Bedingungen bei Normalbetrieb gewährleistet sein, in den Zonen 1 und 21 auch bei selten eintretenden Situationen (z.B. Betriebsstörungen) und in den Zonen 0 und 20 sogar bei sehr selten eintretenden Situationen (z.B. bei seltenen Betriebsstörungen).

8.8.2.11 Ultraschall

Ultraschall, der eine wirksame Zündquelle sein kann, ist entsprechend den nachstehenden Anforderungen für die entsprechenden Zonen zu vermeiden.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Bei Anwendung von Ultraschall werden große Anteile der vom Schallwandler abgegebenen Energie von festen oder flüssigen Stoffen absorbiert. Im beschallten Stoff tritt dabei infolge innerer Reibung eine Erwärmung auf, die in Extremfällen bis über die Zündtemperatur führen kann.

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 31 – 01.05.2012 << >>

Abb. 11: Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung mit Ultraschall

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

In allen Zonen sind Ultraschallwellen mit einer Frequenz über 10 MHz unzulässig, es sei denn, es wird nachgewiesen, dass im gegebenen Fall keine Entzündungsgefahr besteht, weil keine Absorption durch Molekularresonanz auftritt.

Für Ultraschallwellen einer Frequenz bis 10 MHz gilt:

  • In allen Zonen sind Ultraschallwellen nur dann zulässig, wenn die Sicherheit des Arbeitsverfahrens gewährleistet ist.

  • Die Leistungsdichte des erzeugten Schallfeldes darf 1 mW/mm2 nicht überschreiten, es sei denn, es wird nachgewiesen, dass im gegebenen Fall keine Entzündungsgefahr besteht.

8.8.2.12 Adiabatische Kompression, Stoßwellen, strömende Gase

Adiabatische Kompression, Stoßwellen und strömende Gase, die eine wirksame Zündquelle sein können, sind gemäß den nachstehenden Anforderungen für die entsprechenden Zonen zu vermeiden.

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

In Stoßwellen und bei adiabatischer Kompression können so hohe Temperaturen auftreten, dass explosionsfähige Atmosphäre (auch abgelagerter Staub) entzündet werden kann. Die Temperaturerhöhung hängt im Wesentlichen vom Druckverhältnis, nicht aber von der Druckdifferenz ab.

Stoßwellen bilden sich z.B. beim plötzlichen Entspannen von Hochdruckgasen in Rohrleitungen aus. Sie dringen dabei mit Überschallgeschwindigkeit in Gebiete niedrigeren Druckes vor. Bei ihrer Beugung oder Reflexion an Rohrkrümmungen, Verengungen, Abschlussflanschen, geschlossenen Schiebern oder dergleichen treten besonders hohe Temperaturen auf. In Abgangsleitungen von Luftverdichtern und in nach- und

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 32 – 01.05.2012 << >>
zwischengeschalteten Behältern können durch Kompressionszündung von Schmierölnebeln Explosionen auftreten.

Abb. 12: Entzündung eines Wattebausches durch adiabatische Kompression

Beim Bruch von Leuchtstofflampen kann sich z.B. ein in das evakuierte Rohr einströmendes explosionsfähiges Wasserstoff/Luft- oder Acetylen/Luft-Gemisch durch Kompression so hoch erhitzen, dass eine Entzündung möglich ist.

Eine zusätzliche Zündquelle tritt beim Umgang mit strömendem Sauerstoff unter Druck auf; mitgerissene Teilchen, wie z.B. Rost, schleifen bei hinreichend großer Geschwindigkeit Eisenpartikel aus der Rohrwand ab, die dann im verdichteten Sauerstoff mit hoher Temperatur verbrennen und den Brand auf die Rohrleitung oder Armatur übertragen können. Besonders gefährdet sind Sauerstoffschieber und -ventile wegen der beim Öffnen und Schließen in ihnen auftretenden hohen Strömungsgeschwindigkeiten.

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

Arbeitsvorgänge, die zündfähige Kompressionen oder Stoßwellen auslösen können, sind zu vermeiden. Gefährliche Kompressionen und Stoßwellen lassen sich in der Regel ausschließen, wenn sich z.B. Schieber und Ventile zwischen Anlagenabschnitten mit hohen Druckverhältnissen nur langsam öffnen lassen.

Bei Verwendung von Arbeitsmitteln, die stark oxidierende Gase enthalten, sind, soweit nach der Gefährdungsbeurteilung erforderlich, besondere Schutzmaßnahmen durchzuführen, um eine Entzündung der Werkstoffe und Hilfsstoffe zu vermeiden. In den Zonen 2 und 22 müssen obige Bedingungen bei Normalbetrieb gewährleistet sein, in den Zonen 1 und 21 auch bei selten eintretenden Situationen (z.B. Betriebsstörungen) und

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in den Zonen 0 und 20 sogar bei sehr selten eintretenden Situationen (z.B. bei seltenen Betriebsstörungen).

8.8.2.13 Chemische Reaktionen

Die Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre durch chemische Reaktionen ist zu vermeiden.

Abb. 13: Chemischer Reaktor

Hinweise für die Gefährdungsbeurteilung

Durch chemische Reaktionen mit Wärmeentwicklung (exotherme Reaktionen) können sich Stoffe oder Stoffsysteme erhitzen und dadurch zur Zündquelle werden. Diese Selbsterhitzung ist dann möglich, wenn die Wärmeproduktionsrate größer ist als die Wärmeverlustrate zur Umgebung.

Die der Selbsterhitzung zugrunde liegenden chemischen Reaktionen können schon bei Raumtemperatur oder darunter ablaufen. Sie verlaufen dann in der Regel so langsam, dass die dabei freigesetzte Wärme im Allgemeinen so schnell an die Umgebung abgegeben wird, dass das System nicht gefährlich aufgeheizt wird. Durch Behinderung der Wärmeableitung und durch erhöhte Umgebungstemperatur (z.B. bei der Lagerung) kann jedoch die Reaktionsgeschwindigkeit derart zunehmen, dass die zur Entzündung notwendigen Voraussetzungen erreicht werden.

Entscheidend sind neben anderen Parametern:

  • die Stoffmenge

  • das Volumen-Oberflächen-Verhältnis des Reaktionssystems

  • die Umgebungstemperatur sowie

  • die Verweilzeit

8.8.2 Vermeidung des Wirksamwerdens von Zündquellen – Seite 34 – 01.05.2012 << >>

Die entstehende hohe Temperatur kann sowohl zur Entzündung explosionsfähiger Atmosphäre als auch zur Entstehung von Glimmnestern und Bränden führen. Möglicherweise bei der Reaktion entstehende brennbare Stoffe (z.B. Gase oder Dämpfe) können selbst wieder mit der Umgebungsluft explosionsfähige Atmosphäre bilden und so die Gefährlichkeit solcher Systeme als Zündquelle beträchtlich erhöhen. Zur Selbsterhitzung führende Reaktionen können sowohl in Mehrstoff- als auch in Einstoffsystemen unter Beteiligung aller Aggregatzustände ablaufen.

Eine Kombination mehrerer Wirkungen kann z.B. bei Ablagerung selbstentzündlicher Stäube eintreten, wenn die zunächst durch Selbstentzündung gebildeten Glimmnester zu Zündquellen für explosionsfähige Atmosphäre werden.

Chemische Zündquellen können auch durch Schlageinwirkung oder Reibung aktiviert werden.

Unter bestimmten Bedingungen können pyrophore Stoffe entstehen, z.B. bei der Lagerung schwefelhaltiger Erdölprodukte oder beim Mahlen von Leichtmetallen in einer inerten Atmosphäre.

Die Zündung explosionsgefährlicher Atmosphäre kann erfolgen z.B. durch:

  • Oxidation (z.B. Autooxidation ölverschmutzter Putzwolle)

  • Zersetzung (z.B. von organischen Peroxiden, biologische Prozesse)

  • Polymerisation

  • spontane exotherme Reaktion beim Zusammentreffen starker Oxidationsmittel oder anderer besonders reaktionsfreudiger Stoffe (z.B. Salpetersäure, Chlorate, Fluor) mit brennbaren Stoffen

  • Reaktion pyrophorer Stoffe mit Luft (z.B. einige metallorganische Verbindungen)

  • Alkalimetalle mit Wasser

  • Kupfer mit Acetylen

  • Schwermetalle mit Wasserstoffperoxid

  • langsame Selbsterwärmung mit anschließender Selbstentzündung (z.B. Polybutadien, Alkoholate, Eisen-II-Oxid)

  • Glimmen an der Luft (Schwefeleisen, verschiedene Metalle in feinverteilter Form, Raneynickel)

  • spontane Reaktion bei Berührung mit katalytisch wirkenden Oberflächen (z.B. Wasserstoff/Luft-Gemisch mit Platin)

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  • instabile Stoffe, selbst wenn sie mit Stabilisatoren haltbar gemacht wurden, die durch katalytisch wirkende Verunreinigungen spontan und unter Freisetzung beträchtlicher Energie reagieren

  • Schlageinwirkung oder Reibung, z.B. bei feinverteilten Stoffkombinationen wie Aluminium/Rost

Schutzmaßnahmen für alle Zonen

In allen Zonen sind Stoffe und Stoffsysteme möglichst zu vermeiden, die

  1. a)

    zur Selbstentzündung neigen oder

  2. b)

    unter gewählten oder nicht auszuschließenden Verfahrensbedingungen zu einer gefährlichen Temperaturerhöhung durch chemische Reaktionen führen können.

Wenn mit solchen Stoffen und Stoffsystemen umgegangen wird, sind die erforderlichen Schutzmaßnahmen auf den Einzelfall abzustimmen. Geeignete Schutzmaßnahmen können sein:

  • Inertisierung

  • Stabilisierung

  • Verbesserung der Wärmeableitung, z.B. durch Aufteilung der Stoffmengen in kleinere Einheiten, Lagerungstechniken mit Zwischenräumen

  • Temperatur- und Druckregelung

  • Mengen- und Verhältnisregelung

  • Lagerung bei abgesenkter Temperatur

  • Begrenzung der Verweilzeiten

  • getrennte Lagerung von Reaktionskomponenten

  • Einsatz von Inhibitoren und Kettenabbrechern

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Von Kabeln und Leitungen.