[Fachartikel] Nachweis der Eigensicherheit

12. Dezember 2013 | ABGS GmbH | Kategorie Wissen

In Ergänzung der Ausführungen in der Kategorie Wissen, Eigensicherheit wird an einem Beispiel die Vorgehensweise beim Entwurf eines eigensicheren Stromkreises dargestellt.

Für die Auswahl und Zusammenschaltung der für die Anwendung notwendigen Betriebsmittel ist gemäß DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1): 2009-05 Explosionsfähige Atmosphäre Teil 14: Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen nach Pkt. 12.2.5 der Nachweis der Eigensicherheit zu führen.

Ein eigensicherer Stromkreis besteht grundsätzlich aus drei wesentlichen Komponenten:

1. Dem zugehörigen Betriebsmittel, das im nicht explosionsgefährdeten Bereich installiert wird (Quelle).
2. Dem eigensicheren Betriebsmittel, das im Ex-Bereich installiert wird (Verbraucher).
3. Der Verbindungsleitung zwischen Quelle und Verbraucher.

Beispiel:

Ein Gasmessfühler Exmonitor soll zur Detektion toxischer Gase im Ex-Bereich eingesetzt werden. Zur Speisung und Auswertung des Messfühlers (Anbringung im Ex-Bereich) ist das Auswertegerät GMC 8022 vorgesehen (Anbringung außerhalb des Ex-Bereiches). Zur Trennung der Bereiche wird eine Zener-Barriere verwendet.

Der eigensichere Stromkreis besteht aus:

Quelle: Zener-Barriere Z787 (Fabrikat: Pepperl+Fuchs)
Verbraucher: Gasmessfühler Exmonitor (Fabrikat: Bieler+Lang)
Kabel: 500m OZ-BL (Fabrikat: Helukabel)

Zum Führen des Nachweises sind zunächst die in den Prüfbescheinigungen zu findenden Angaben der Quelle (U₀/I₀/P₀) und des Verbrauchers (U₁/I₁/P₁) erforderlich. Weiterhin sind die Angaben zur Induktivität und Kapazität für die Quelle (L₀/C₀), den Verbraucher (L₁/C₁) und das Kabel (L_c/C_c) notwendig.

Quelle

Bezeichnung	ATEX	U₀ (V)	I ₀ (mA)	P₀ (mW)	L₀ (mH)	C₀ (nF)
Z787	BAS 01 ATEX 7005	28	93	650	3,05	83

Verbraucher

Bezeichnung	ATEX	U₁ (V)	I₁ (mA)	P₁ (mW)	L₁ (mH)	C₁ (nF)
Exmonitor	BVS 03 ATEX E 384	28	93	660	0,004	8

Kabel

Bezeichnung					L_c (mH) km	C_c (nF) km
OZ-BL	ohne	ohne	ohne	ohne	0,68	120

Nachweis:

Vorgabe	Ist	Ergebnis
U₀ ≤ U₁	28 V ≤ 28 V	erfüllt
I₀ ≤ I₁	93 mA ≤ 93 mA	erfüllt
P₀ ≤ P₁	650 mW ≤ 660 mW	erfüllt
L₀≥ L₁ + L_c	3,05 mH ≥ 0,004 mH + 0,34 mH	erfüllt
C₀ ≥ C₁ + C_c	83 nF ≥ 8 nF + 60 nF	erfüllt

Im Falle der Nichterfüllung einzelner Parameter können eine andere Barriere oder anderes/kürzeres Kabel zur Lösung führen.

Nachweis der Einhaltung der Betriebsspannung am Messfühler

Nachweis Eigensicherheit

Maximalwert des Messsignales vom Fühler: I_m = 0,02 A (20 mA)

Leiterwiderstand (Kupferleitung, 2 x 500 m lang, 0,75 mm²):
R_L = L/56xA=23,81 Ω

Spannungsabfall über der Messleitung bei einem Messsignal von 20 mA:
U_L = R_L x I_m = 0,48 V

Widerstand des Messshuntes im Auswertegerät: R_Sh = 226 Ω gegen GND

Spannungsabfall über dem Messshunt bei einem Messsignal von 20 mA:
U_sh = R_Sh x I_m = 4,52 V

Spannungsabfall über der Zenerbarriere bei einem Messsignal von 20 mA:
U_z = 8,46 V

Versorgungsspannung vom Auswertegerätes GMC 8022: U_B = 24 V

Betriebsspannung am Messfühler: Minimalwert: U_F ≥ 10 V (im Alarmfall)

Nachweis:

U_F = U_B – U_L – U_sh – U_z = 24 V – 0,48 V – 4,52 V – 8,46 V = 10,54 V ˃ 10 V

Die Betriebsspannung am Messfühler liegt über dem Minimalwert von 10 V. Damit ist eine ordnungsgemäße Funktion im Normalbetrieb gewährleistet. Im Falle der Nichteinhaltung wäre ein Transmitterspeisegerät mit Hilfsenergie zu verwenden.

Erforderliche Unterlagen:

DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1): 2009-05 Explosionsfähige Atmosphäre, Teil 14: Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen
Gasmessfühler Exmonitor (Fabrikat: Bieler+Lang): Datenblatt, Betriebs- und Montageanleitung, Prüfbescheinigung BVS 03 ATEX E 384
Auswertegerät GMC 8022 (Fabrikat: Bieler+Lang): Datenblatt, Betriebs- und Montageanleitung, Prüfbescheinigung BVS 03 ATEX G 007 X
Zener-Barriere Z787 (Fabrikat: Pepperl+Fuchs): Datenblatt, Betriebsanleitung, Certificate BAS 01 ATEX 7005
Kabel OZ-BL (Fabrikat: Helukabel): Datenblatt

Literatur:
Pepperl + Fuchs: Errichten von Anlagen mit eigensicheren Stromkreisen, www.pepperl-fuchs.com
Pepperl + Fuchs: Explosionsschutz und Eigensicherheit, www.pepperl-fuchs.com

Gastautor: Dipl.-Ing. Dieter Seyfert

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