[Fachartikel] Eigensicherheit – Teil 2

• 12 Jahren ago
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• Tags: Eigensicherheit, Vorschriften, Wissen

Anforderungen an das Errichten eigensicherer Stromkreise in den Zonen 1 und 2

Die in der DIN EN 60079-14 unter 12.2 Anlagen, die den Anforderungen der Geräteschutzniveaus (EPLs) „Gb“ und „Gc“ entsprechen detailliert angegebenen Anforderungen können nachfolgend nur sinngemäß und auszugsweise erläutert werden. Bei speziellen Fragen sollte in der Norm nachgelesen werden.

Anforderungen an Betriebsmittel:

• Eigensichere und zugehörige Betriebsmittel mindestens Geräteschutzniveau „ib“,
• für einfache Betriebsmittel ist keine Prüfung oder Kennzeichnung erforderlich, sie müssen aber den Anforderungen der der DIN EN 60079-11 entsprechen,
• zugehörige Betriebsmittel ohne zusätzliche Zündschutzart außerhalb des explosionsgefährdeten Bereiches installieren,
• maximale Speisespannung nicht größer als U_m des zugehörigen Betriebsmittels,
• Bauelemente, Kabel und Leitungen der Betriebsmittel sollten in IP 20-Gehäuse eingebaut sein.

Installation eigensicherer Stromkreise:

• Nur isolierte Kabel und Leitungen,
• Mindestdurchmesser eines Einzelleiter im explosionsgefährdeten Bereich 0,1 mm,
• Die elektrischen Kennwerte (C_c und L_c) oder (C_c und L_c/R_c )müssen bestimmt werden, wenn diese nicht bekannt sind, gilt: 200pF und entweder 1uH/m oder 30 uH/Ohm (vgl. DIN EN 60079-14 unter 12.2.2.2),
• Schutz eigensicherer Stromkreise gegen äußere elektrische oder magnetische Felder durch Einsatz von Schirmen und/oder verdrillten Adern oder durch Einhaltung eines angemessenen Abstandes.

Zusätzlich zu den Anforderungen zur Vermeidung von Beschädigungen sind:

• Kabel und Leitungen mit eigensicheren Stromkreisen von allen Kabeln und Leitungen mit nichteigensicheren Stromkreisen getrennt zuführen, oder
• Kabel und Leitungen der eigensicheren oder der nichteigensicheren Stromkreise sind bewehrt, metallummantelt oder geschirmt.
• Aderleitungen von eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen dürfen nicht in derselben Leitung geführt werden.

Anschluss eigensicherer Stromkreise:

• Anschlussklemmen für eigensichere Stromkreise müssen als solche Gekennzeichnet sein,
• zuverlässige Trennung der Anschlussklemmen eigensicherer von nichteigensicheren Stromkreisen,
• Mindestluftstrecke 3 mm zwischen nichtisolierten leiernden Teilen und geerdeten oder anderen leitfähigen Teilen, zwischen nichtisolierten leitenden Teilen und getrennten eigensicheren Stromkreisen 6 mm.

Installation und Kennzeichnung von Kabel und Leitungen:

• Trennung eigensicherer und nichteigensicherer Stromkreise in Kabelbündeln oder –kanal durch Isolierstoffzwischenlage oder geerdeter Metall-Zwischenlage,
• unbenutzte Adern mehradriger Kabel sind zueinander und gegen Erde durch geeignete Abschlüsse zu isolieren,
• Kabel und Leitungen eigensicherer Stromkreise müssen gekennzeichnet sein,
• wenn Mäntel oder Umhüllungen durch eine Farbe gekennzeichnet sind, muss die verwendete Farbe hellblau sein, in diesem Falle dürfen hellblau ummantelte Kabel und Leitungen nicht für andere Zwecke verwendet werden,
• wenn eigensichere oder alle nichteigensicheren Kabel und Leitungen bewehrt, metallummantelt oder geschirmt sind, ist die Kennzeichnung eigensicherer Kabel und Leitungen nicht erforderlich,
• bei Vorhandensein eines blauen Neutralleiters in MSR-Schränken, Schalt- oder Verteilungsanlagen sind Maßnahmen gegen eine Verwechselung zu treffen, z. B. gemeinsame Verlegung der Adern in hellblauem Kabelbaum, Beschriftung oder übersichtliche Anordnung und räumliche Trennung.

Mehradrige Kabel und Leitungen mit mehr als nur einem eigensicheren Stromkreis (Grundanforderungen und Fehlerbetrachtungen):

• Leiterisolierung mindestens 0,2 mm dick,
• Prüfspannung der Leiterisolation mindestens 500 V_eff (oder 2-fache Nennspannung),

spezielle Anforderungen an Isolation zwischen

• allen miteinander verbundenen Einzeladern und der Schirmung/Bewehrung (500 V_eff AC oder 750 V DC)
• jeweils der Hälfte der miteinander verbundenen Einzelader zueinander (1000 V_eff oder 1500 V DC)

Für Kabel und Leitungen sind nachfolgende Fehlerbetrachtungen zu führen:

• Typ A: erfüllt Grundanforderungen, Adern jedes eigensicheren Stromkreises sind geschirmt,
• Typ B: erfüllt Grundanforderungen, fest verlegt, mechanisch geschützt/U_omax
• Typ A und B unterliegen keinen Fehlerbetrachtungen.

Erdung eigensicherer Stromkreise und leitender Schirme, Mehrfacherdung leitender Schirme:

• Die Stromkreise sind erdfrei zu errichten oder an einer Stelle an ein Potenzialausgleichssystem anzuschließen,
• Widerstand zur Ableitung elektrostatischer Ladungen gilt nicht als Erdung,
• Erdung auf kürzest möglichem Weg an Potenzialausgleichssystem,
• Mehrfacherdung zulässig, wenn der Stromkreis in mehrere galvanisch getrennte Teilstromkreise aufgeteilt wurde, von denen jeder nur an einer Stelle geerdet ist,
• Erdverbindungsquerschnitt (Kupfer): 2 x mindestens 1,5 mm² oder 1 x mindestens 4 mm².

Erdung leitender Schirme:

• erforderlicher leitender Schirm darf nur an einer Stelle geerdet sein, üblicherweise am Ende im nichtexplosionsgefährdeten Bereich,
• falls ein geerdeter eigensicherer Stromkreis in einem geschirmten Kabel verläuft, sollte der Schirm an der gleichen Stelle wie der eigensichere Stromkreis geerdet sein,
• der Schirm sollte an einer Stelle des Potenzialausgleichssystemes geerdet sein, falls im geschirmten Kabel ein erdfreier eigensicherer Stromkreis verläuft,
• wenn in hohem Grade sichergestellt ist, dass zwischen jedem Ende des Stromkreises ein Potenzialausgleich besteht, dürfen Kabel- und Leitungsschirme an beiden Enden des Kabels und der Leitung und, falls erforderlich, an Zwischenstellen angeschlossen sein,
• Mehrfacherdung über kleine Kondensatoren (z. B. 1 nF, 1500 V, Keramik) ist zulässig, vorausgesetzt dass die Gesamtkapazität 10 nF nicht überschreitet.

Floating-Schaltung:

Zenerbarrieren sind Baugruppen bestehend aus bis zu drei Zenerdioden zur Spannungsbegrenzung und einem Festwiderstand zur Strombegrenzung. Eine Schmelzsicherung schützt die Bauteile im Fehlerfall vor Überlast. Auswertegerät und Zenerbarriere müssen im sicheren Bereich errichtet werden, wobei die Zenerbarriere an den Potentialausgleich des Ex-Raumes anzuschließen ist. Eine weitere Erdung (z. B. am Fühler) ist nicht zulässig.

Wenn messtechnisch die unmittelbare Erdung stört, so ist es möglich, durch Zusammenschaltung zweier Zenerbarrieren die Messleitungen bis zum Betrag der Zenerspannung quasi erdfrei zu halten (Floating-Schaltung).

Hierbei ist zu beachten, dass zwei eigensichere Stromkreise zusammengeschaltet werden. Die Höchstwerte von Strom und Spannung und die neuen zulässigen äußeren Induktivitäten und Kapazitäten sind zu ermitteln. Die herstellerspezifischen Auswahltabellen für Zenerbarrieren enthalten diese sicherheitsrelevanten Kennwerte sowohl für separate Kanäle als auch für die Reihenschaltung und Parallelschaltung der Kanäle.

Nachweis der Eigensicherheit

Die in DIN EN 60079-14 unter 12.2.5 Nachweis der Eigensicherheit detailliert angegebenen Anforderungen können nachfolgend nur sinngemäß und auszugsweise erläutert werden. Bei speziellen Fragen sollte in der Norm nachgelesen werden. Sofern keine Systembeschreibung mit Angabe der Parameter für den kompletten eigensicheren Stromkreis vorliegt, müssen alle Anforderungen dieses Unterabschnittes erfüllt werden.

Allgemeines:

Vom Planer der Anlage ist ein Anlagendokument zu erarbeiten, in dem die elektrischen Geräte und die elektrischen Parameter der Anlage einschließlich der Verbindungen für die Zusammenschaltung festgelegt sind. Bei der Errichtung eigensicherer Stromkreise, einschließlich Kabeln und Leitungen, dürfen die maximal zulässige Induktivität, Kapazität oder das L/R-Verhältnis und die Oberflächentemperatur nicht überschritten werden. Die zulässigen Werte sind der Dokumentation des zugehörigen Betriebsmittels oder dem Typschild zu entnehmen. Die Vorgehensweise bei eigensicheren Stromkreisen mit nur einem und mit mehr als einem zugehörigen Betriebsmittel wird in den Abschnitten 12.2.5.2 und 12.2.5.3 ausführlich beschrieben.

Anforderungen an das Errichten eigensicherer Stromkreise in Zone 0

Die in der DIN EN 60079-14 unter 12.3 Anlagen, um die Anforderungen des Geräteschutzniveaus (EPL) „Ga“ zu erfüllen detailliert angegebenen Anforderungen können nachfolgend nur sinngemäß und auszugsweise erläutert werden. Bei speziellen Fragen sollte in der Norm nachgelesen werden.

Zusätzlich zu den für die Zone 1 gestellten Anforderungen wird gefordert:

• Betriebsmittel des Schutzniveaus „ia“ gemäß DIN EN 60079-11 erforderlich,
• Stromkreise mit mehr als einem zugehörigen elektrischen Betriebsmittel sind in der Zone 0 nicht zulässig, da deren Schutzniveau als „ib“ betrachtet werden muss, selbst wenn alle Betriebsmittel dem Schutzniveau „ia“ entsprechen,
• galvanische Trennung eigensicherer und nichteigensicherer Stromkreise in den zugehörigen Betriebsmitteln bevorzugt,
• aus Funktionsgründen erforderliche Erdung außerhalb der Zone 0 (aber so nah wie möglich am Betriebsmittel für Zone 0), vorzugsweise in einem Abstand bis zu 1 m,
• detaillierte Blitzschutzmaßnahmen für eigensichere Stromkreise außerhalb von Bauwerken oder über Erdbodenniveau.

Instandhaltung eigensicherer Anlagen

Die in der DIN EN 60079-17 unter Punkt 5 Zusätzliche Anforderungen zu den Prüfplänen, 5.3 Zündschutzart „i“ – Eigensicherheit detailliert angegebenen Anforderungen können nachfolgend nur sinngemäß und auszugsweise erläutert werden. Bei speziellen Fragen sollte in der Norm nachgelesen werden.

• Instandhaltungsarbeiten eigensicherer Anlagen dürfen bei Einhaltung bestimmter Bedingungen an unter Spannung stehenden Einrichtungen durchgeführt werden,
• Erdverbindungen von Sicherheitsbarrieren dürfen nicht entfernt werden, bevor die Stromkreise zum explosionsgefährdeten Bereich abgetrennt sind,

Im explosionsgefährdeten Bereich sind die Arbeiten zu begrenzen auf:

• Abklemmen, Entfernen, oder Auswechseln von Teilen,
• Justierung aller für die Kalibrierung erforderlichen Einstellungen,
• Entfernen, Auswechseln steckbarer Komponenten/Baugruppen
• Benutzung in der Dokumentation festgelegter Prüfinstrumente

Nach der Prüfung muss das eigensichere System/Betriebsmittel alle Anforderungen gemäß Anlagendokumentation erfüllen; Die Dokumentation muss folgende Einzelheiten enthalten:

• Nachweis der Eigensicherheit,
• Hersteller, Betriebsmitteltyp und –bescheinigungsnummer, Kategorie, Betriebsmittelgruppe, Temperaturklasse,
• elektrische Parameter (Induktivität, Kapazität, Länge, Typ und Verlauf von Kabeln und Leitungen),
• besondere Anforderungen laut Betriebsmittelbescheinigung,
• Einbauort jedes Betriebsmittels in der Anlage.

Weiterhin werden geprüft:

• eindeutige Kennzeichnung eigensicherer Stromkreise
• Übereinstimmung der Installation mit der Anlagendokumentation
• Trennbaugruppen zwischen eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen,
• Kabel und Leitungen sowie deren Abschirmungen
• Durchgängigkeit der Erdung von nicht galvanisch getrennten Stromkreisen, Erdverbindungen zur Bewahrung der Eigensicherheit,
• Erdung und/oder Isolierung eigensicherer Stromkreise,
• Trennung zwischen eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen,
• Einhaltung bestimmter Mindestabstände.

Literatur:

• DIN EN 60079-0 (VDE 0170-1): 2010-03
• DIN EN 60079-11 (VDE 0170-7): 2007-08
• DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1): 2009-05
• DIN EN 60079-17 (VDE 0165-10-1): 2008-05
• DIN EN 60079-25 (VDE 0170-10-1) Entwurf: 2007_08
• Pepperl + Fuchs: Errichten von Anlagen mit eigensicheren Stromkreisen, www.pepperl-fuchs.com

Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

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