02_25 Ex-Basics
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Basics Explosionsschutz Theorie und Praxis Ex Basics Explosionsschutz weltweit und Installationsbeispiele Die Broschüre zum Thema Explosionsschutz will dem Errichter, Planer und Betreiber von Anlagen in explosionsfähigen Atmosphären eine Hilfestellung bieten. Denn nicht nur in klassischen Anlagen der chemischen und petrochemischen Industrie muss man sich diesem Thema stellen. Auch in offensichtlich harmlosen Bereichen der Lebensmittelindustrie ist ein erhebliches Gefahrenpotential vorhanden. Gerne bringt man Explosionsschutz mit Gasen in Verbindung. Doch auch bei Stäuben können explosionsfähige Atmosphären entstehen. In dieser Broschüre werden im ersten Teil die Grundlagen zum Explosionsschutz erläutert. Dadurch soll das Verständnis für die besonderen Risiken geweckt werden. Der Explosionsschutz stüzt sich weltweit im wesentlichen auf die europäischen und amerikanischen Normen, Standards und Richtlinien. Der zweite Teil hilft dem Anwender von elektrischen Betriebsmitteln für den explosionsgefährdeten Bereich. Ausführlich wird in anschaulicher Weise dargestellt, welche Explosionsschutz-Kriterien berücksichtigt werden müssen. Neben den Betriebsmitteln der MSR-Technik für eigensichere Stromkreise finden Sie auch Informationen zu Reihenklemmen und Überspannungsschutz für den explosionsgefährdeten Bereich. Zu den in dieser Broschüre angegebenen Produkte finden Sie weitergehende Informationen in den Katalogen von Phoenix Contact. Diese können Sie mit dem Fax-Anforderungsformular auf der Rückseite dieser Broschüre anfordern. Chemische und petrochemische Industrie Offshore-Anlagen Kohlebergbau 2 Phoenix Contact Inhaltsverzeichnis Seite 1. Physikalische Hintergründe 4 2. Explosionsschutz – Normen, Bestimmungen und Richtlinien 5 3. Installation in Zündschutzart 7 4. Zoneneinteilung 9 5. Zündschutzarten 11 6. Kennzeichnung 14 7. Zündschutzart Eigensicherheit 17 8. Überspannungsschutz im Ex-Bereich 21 9. Ex-zugelassene Reihenklemmen 23 10. Kabel-/Leitungsführung und Conduit Systeme 25 11. IP-Schutzart, NEMA-Klassifikation 26 12. Was ist NAMUR? 27 13. Smartfähige Geräte 28 14. Installationsbeispiele 29 15. Begriffe und Abkürzungen 37 16. Prinzipien der Signalübertragung 39 Phoenix Contact 3 1. Physikalische Hintergründe Vollkommene Verbrennung Eine vollkommene Verbrennung ist eine rasch ablaufende Oxidation. Sie wird als „Schadfeuer“ bezeichnet, bei dem unter ausreichender Zufuhr von Sauerstoff ein brennbares Material exotherm zersetzt wird. Mit zunehmender Ausbreitungsgeschwindigkeit spricht man von einer Verpuffung, dann von einer Explosion und im Extremfall von einer Detonation. Bei einer vollkommenen Verbrennung wird Schaden verursacht, der mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit erheblich zunimmt. Sauerstoff In Verbindung mit einem explosionsfähigen Stoff entsteht mit Sauerstoff ein explosionsfähiges Gemisch. Bei Gasen entscheidet das Konzentrationsverhältnis, ob dann auch eine Explosion möglich ist. Nur wenn die Konzentration des Stoffes in Luft innerhalb der unteren Explosionsgrenze (UEG) und oberen Explosionsgrenze (OEG) liegt, kann das Gemisch gezündet werden. Aceton 2 ,5 Acetylen 2 ,3 Einige chemisch unbeständige Stoffe (z.B. Acetylen, Ethylenoxid) können auch ohne Sauerstoff durch Selbstzersetzung exotherme Reaktionen eingehen. Die obere Explosionsgrenze (OEG) verschiebt sich auf 100 Volumenprozent. Bei unter Druck stehenden Gasen verändern sich die Explosionsbereiche. Ebenso lassen sich Stäube in eine untere Zündgrenze (bei ca. 20…60 g/m3) und eine obere Zündgrenze (bei ca. 2…6 kg/m3) einteilen. 1 3 7 8 1 0 0 Größenordnung der Ausbreitungsgeschwindigkeit Verpuffung Explosion m/s Detonation km/s Explosion Eine Explosion kommt zustande, wenn die Schnittmenge aus einem brennbaren Stoff, Sauerstoff und einer Zündquelle besteht. Fehlt eine Komponente, so wird die exotherme Reaktion nicht erfolgen. Butan 1 ,4 Dieselkraftstoff 0 ,6 4 ,4 0 ,6 Sauerstoff 7 6 1 6 ,5 = Untere Explosionsgrenze = Obere Explosionsgrenze 8 0 ,6 6 0 4 Wasserstoff O 6 ,5 1 0 ,9 Methan Schwefelkohlenstoff explosionsfähiger Stoff 9 ,3 Kohlenmonoxid Ottokraftstoff 3 3 ,6 1 5 ,4 Ammoniak cm/s 7 7 2 5 0 1 0 2 5 5 0 7 5 1 0 0 Volumen-% brennbarer Stoffe Beispiele für explosionsfähige Bereiche von Gasen unter Normaldruck Zündquelle Zündquellen Voraussetzung für eine Explosion Explosionsfähiger Stoff Ein brennbarer Stoff, der in Form von Gas, Nebel, Dampf oder Staub vorliegt, wird als explosionsfähiger Stoff bezeichnet. Bei Nebel und Stäuben entsteht eine explosionsfähige Atmosphäre, wenn die Tröpfchen- bzw. Teilchengröße kleiner als 1 mm ist. In der Praxis vorkommende Nebel, Aerosole und Stäube haben Teilchengrößen zwischen 0,001 mm und 0,1 mm. Stäube mit einer größeren Teilchengröße sind nicht zündfähig. 4 Phoenix Contact Zündquelle Funken Beispiel für die Ursache mechanisch erzeugte Funken (z.B. durch Reib-, Schlag- oder Abtragvorgänge), elektrische Funken Lichtbögen heiße Oberflächen Kurzschluss, Schaltvorgänge Strom in elektrischen Anlagen, Heizkörper, spanabhebende Bearbeitung, Erwärmung im Betrieb Flammen und heiße Gase durch Verbrennungsreaktionen, Funkenflug bei Schweißarbeiten Elektrische Anlagen auch Schutzkleinspannungen (U < 50 V) können noch genügend Energie erzeugen, um eine explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden Öffnen/schließen von Kontakten, Wackelkontakt Statische Elektrizität isoliert angeordnete leitende Teile, bei vielen Kunststoffen Elektrische Ausgleichsströme Rückströme von Generatoren, Körper-/ Erdschluss bei Fehlern, Induktion Elektromagnetische Wellen im Bereich 3 x 1011…3 x 1015 Hz Laserstrahl zur Entfernungsmessung insbesondere bei Focusierung Hochfrequenz 104…3 x 1012 Hz Funksignale, industrielle Hochfrequenzgeneratoren für Erwärmung, Trocknung, Schneiden usw. Blitzschlag Ionisierende Strahlung atmosphärische Wetterstörungen Röntgengerät, radioaktiver Stoff, Absorption von Energie führt zur Erwärmung Ultraschall Absorption von Energie in festen/flüssigen Stoffen führt zur Erwärmung Adiabatische Kompression und Stoßwellen Exotherme Reaktionen schlagartiges Öffnen von Ventilen chemische Reaktion 2. Explosionsschutz – Normen, Bestimmungen und Richtlinien ATEX – Freier Warenhandel in Europa In dem „Neuen Konzept“ der Europäischen Union sind für den Explosionsschutz zwei Richtlinien von Bedeutung. Herstellerrichtlinie im Wandel 01.03.1996 10.10.1997 30.09.1998 30.06.2003 Richtlinie 94/26/EG, angepasst an den technischen Fortschritt; Richtlinie 79/196/EWG (Liste von harm. Normen Generation D) Richtlinie 97/53/EG, angepasst an den technischen Fortschritt; Richtlinie 79/196/EWG (Liste von harm. Normen Generation E) Zielgruppe Richtlinie Gebräuchliche Bezeichnung* Richtlinie 82/130/EWG, angepasst durch Richtlinie 98/65/EG Hersteller 94/9/EG ATEX 100a ATEX 95 (Liste von harm. Normen Generation D und E) Betreiber 1999/92/EG ATEX 118a ATEX 137 Richtlinie 94/9/EG * Die Richtlinie stützt sich jeweils auf einen Artikel des Vertrages zur Gründung der Europäischen Union. Der Artikel hat sich in der Nummerierung verschoben. Der Begriff ATEX kommt vom französischen „ATmosphère EXplosive“. North American Hazardous Location Systems Auf Grundlage des North American Hazardous Location Systems (Hazloc) werden grundlegende Regeln für den Explosionsschutz festgelegt. In den USA wird dies durch den National Electrical Code (NEC) und in Kanada durch den Canadian Electrical Code (CEC) umgesetzt. Geprägt wird das System von Institutionen wie zum Beispiel: • Underwriters Laboratories Inc. (UL), • CSA International (CSA), • Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), • The Instrumentation, Systems and Automation Society (ISA), • Mine Safety and Health Administration (MSHA), • National Electrical Manufacturers Association (NEMA), • National Fire Protection Association (NFPA), • United States Coast Guard (USCG), • Factory Mutual Research (FM). Zulassung in Verkehr bringen ATEX – Herstellerrichtlinie 94/9/EG Bisher wurden von den Prüfstellen Konformitätsbescheinigungen ausgestellt. Grundlage hierfür sind die Richtlinien für Geräte der Generationen A bis E. Diese Richtlinien werden jedoch ab dem 01.07.2003 durch die Richtlinie 94/9/EG abgelöst. Phoenix Contact hat bereits 1997 auf das „Neue Konzept“ der Europäischen Kommission gesetzt und alle Betriebsmittel entsprechend der Richtlinie 94/9/EG zugelassen. Das erste in Verkehr bringen von elektrischen Betriebsmitteln ab dem 01.07.2003 ist nur zulässig, wenn diese der RL 94/9/EG entsprechen. Gerätegruppe II „Über Tage“ Explosionsgefährdete Bereiche Gerätegruppe I „Unter Tage“ Schlagwettergefährdete Bereiche = Kohlebergbau Gerätegruppe und -kategorie Um das geeignete Verfahren zur Konformitätsbewertung festzulegen, muss der Hersteller zunächst anhand der bestimmungsgemäßen Verwendung entscheiden, zu welcher Gerätegruppe und -kategorie das Produkt gehört (siehe Tabelle unten). Gerätegruppe I: Geräte zur Verwendung im Untertagebetriebe (Kohlebergbau) und deren Übertageanlagen, die durch Grubengase und/oder brennbare Stäube gefährdet werden. Gerätegruppe II: Geräte zur Verwendung in den übrigen Bereichen, die durch eine explosionsfähige Atmosphäre gefährdet werden können. Die Gerätegruppen werden in der Richtlinie 94/9/EG Kategorien zugeordnet. Für die Gerätegruppe I wird die Kategorie M1 und M2 festgelegt. In der Gerätegruppe II werden drei Kategorien 1, 2 und 3 definiert. Über die Kategorie wird in der Betreiberrichtlinie 1999/92/EG die Verbindung zu den Zonen hergestellt. Gerätegruppe Kategorie Schutzgrad Gewährleistung des Schutzes Betriebsbedingungen I M1 sehr hoher Grad an Sicherheit • Bei Versagen einer apparativen Schutzmaßnahme zumindest eine zweite Schutzmaßnahme die erforderliche Sicherheit gewährleistet bzw. • beim Auftreten von zwei unabhängigen Fehlern das erforderliche Maß an Sicherheit gewährleistet ist. Produkte müssen aus Sicherheitsgründen bei vorhandener explosionsfähiger Atmosphäre weiter betrieben werden können. I M2 hoher Grad an Sicherheit Diese Produkte müssen beim Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre abgeschaltet werden können. Die Schutzmaßnahmen müssen bei normalem Betrieb auch unter erschwerten Bedingungen und insbesondere rauer Behandlung und bei sich ändernden Umgebungseinflüssen das erforderliche Maß an Sicherheit bieten. II 1 sehr hoch • Zwei unabhängige Schutzmaßnahmen. • Sicher, wenn zwei Fehler unabhängig voneinander auftreten. Geräte bleiben in den Zonen 0, 1, 2 (G) und 20, 21, 22 (D) weiter einsatzbereit und werden weiter betrieben. II 2 hoch Im normalen Betrieb und bei üblicherweise auftretenden Fehler sicher. Geräte bleiben in den Zonen 1, 2 (G) und 21, 22 (D) weiter einsatzbereit und werden weiter betrieben. II 3 normal Im normalen Betrieb sicher. Geräte bleiben in den Zonen 2 (G) und 22 (D) weiter einsatzbereit und werden weiter betrieben. Phoenix Contact 5 Konformitätsbewertung Grundlage der Konformitätsbewertung ist die Einstufung der elektrischen Betriebsmittel in Gerätegruppe und Kategorie. Die Grafik zeigt den Zusammenhang. Mit Ausnahme von Geräten der Kategorie 3 ist im Rahmen der Konformitätsbewertung eine EG-Baumusterprüfung notwendig. Die Überprüfung der Module wird durch eine benannte Stelle durchgeführt. Hier ein Beispiel: CE 0344 CE: EG-Konformität, 0344: benannte Stelle, hier KEMA. Konformitätsbewertung nach Richtlinie 94/9/EG Gruppe II Gruppe I Kategorie 1 M1 M2 Gruppe I Kategorie 2 Kategorie 3 * EG-Baumusterprüfung * Modul D QS Produktion Modul E QS Produkt oder Prüfung Produkt oder Konformität mit Bauart c 0344 c 0344 * optional möglich, ähnliches Verfahren EG-Baumusterprüfung Das EG-Baumusterprüfungs-Zertifikat bescheinigt die durchgeführte Prüfung durch eine benannte Stelle. Benannte Stellen sind durch die EU festgelegt. Das Zertifikat dient dem Betreiber zur Dokumentation. Benannte Stelle (Notified Body) nach 94/4/EG (Auszug) 6 Prüfstelle Land Kennung PTB Deutschland 0102 DMT (BVS) Deutschland 0158 TÜV Nord Deutschland 0032 DQS Deutschland 0297 IBExU Deutschland 0637 BAM Deutschland 0589 BASEEFA (2001 Ltd) Großbritannien SCS Großbritannien 0518 INERIS Frankreich 0080 LCIE Frankreich 0081 LOM Spanien 0163 KEMA Niederlande 0344 CESI Italien 0722 DEMKO Dänemark 0539 NEMKO Norwegen 0470 Phoenix Contact Modul A interne Fertigungskontrolle c 0344 Einzelprüfung c 0344 3. Installation und Zündschutzart ATEX Betreiberrichtlinie 1999/92/EG Errichten Auszug aus RL 1999/92/EG: Allgemein Die Errichtung von Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen erfordert ein besonderes Maß an Vorkehrungen. So sind bei der Auswahl der Betriebsmittel, Kabel/Leitungen und Konstruktion besondere Anforderungen zu stellen. Im Zweifel empfiehlt es sich, weitere Experten in die Planung einzubeziehen. … (1) Artikel 137 des Vertrags sieht vor, dass der Rat durch Richtlinien Mindestvorschriften erlassen kann, die die Verbesserung insbesondere der Arbeitsumwelt fördern, um die Sicherheit und die Gesundheit der Arbeitnehmer verstärkt zu schützen. … (7) In der Richtlinie 94/9/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 23. März 1994 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten für Geräte und Schutzsysteme zur bestimmungsgemäßen Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen (5) ist festgelegt, dass eine ergänzende Richtlinie nach Artikel 137 des Vertrags vorgesehen ist, die sich insbesondere mit der Gefahr durch Explosionen aufgrund der Verwendung und/oder der Art und Weise der Installation der Geräte befasst. … Hinweis: In vielen Bereichen wird durch nationales Recht die Abnahmen der Anlagen verlangt. Diese werden durch unabhängige Sachverständige durchgeführt. Bereiche mit explosionsfähigen Atmosphären Der Arbeitgeber/Betreiber: – teilt Bereiche, in denen explosionsfähige Atmosphären vorhanden sein können, in Zonen ein. – stellt sicher, dass die Mindestvorschriften angewendet werden. – Kennzeichnet die Zugänge zu explosionsfähigen Atmosphären. In der Richtlinie 1999/92/EG wird im Anhang II die Verbindung der Kategorie nach 94/9/EG zur Zone hergestellt. Zuordnung nach 1999/92/EG Zone Kategorie 0, 20 1 1, 21 1, 2 2, 22 1, 2, 3 Risikobeurteilung Der Betreiber einer Anlage muss vor dem Errichten eine Risikobeurteilung durchführen. Auf Grundlage dieser Beurteilung sind die Zonen einzuteilen und die zulässigen Betriebsmittel auszuwählen. Jede Anlage ist auf ihre Besonderheiten hin zu untersuchen. Beurteilung des Explosionsschutzrisikos Der Betreiber einer Anlage hat eine genaue Beurteilung durchzuführen. Grundlage der Beurteilung sind die Normen EN 60 07910, EN 60 079-14 und EN 1127-1. Auf Grund dieser Beurteilung werden die Zonen festgelegt. In der Dokumentation sind diese Beurteilungen festzuhalten. Dokumentation Explosionsschutz Die Dokumentation ist wesentlich für den sicheren Betrieb der Anlage im explosionsgefährdeten Bereich. Sie wird vor dem Errichten erstellt und ist immer auf dem aktuellen Stand zu halten. Bei Veränderungen an der Anlage müssen alle beschriebenen Einflussgrößen berücksichtigt werden. Checkliste: (mögliche Vorgehensweise) Erkennen der Gefährdung Welche Stoffe werden in der Anlage verarbeitet? Wahrscheinlichkeit des Auftretens explosionsfähiger Atmosphäre Unter welchen Bedingungen liegen die Ausgangsstoffe, die Zwischenprodukte und die Endprodukte in einer explosionsfähigen Konzentration vor? Die auf Seite 4 dargestellten physikalischen Zusammenhänge sind zu berücksichtigen. Vorhandensein von Zündquellen Auswirkungen der Explosion Zündquellen sind zu identifizieren, durch die Stoffe in dem Prozess entzündet werden können. Vorhandensein: ständig, häufig, selten oder sehr selten. Bei der Betrachtung ist auch die Wechselwirkung zwischen einzelnen Teilen der Anlage und den verarbeitenden Stoffen zu beachten. Beispiel für Aufbau der Dokumentation Verantwortlicher für das Objekt Namentlich benannt Beschreibung der baulichen und geografischen Gegebenheiten Verfahrensbeschreibung Lageplan, Gebäudeplan, Be/Entlüftung Stoffdaten Auflistung der Daten mit explosionsrelevanten Kennwerten siehe nebenstehende Checkliste Risikobeurteilung Beschreibung der Anlage bezogen auf Explosionsschutz Schutzkonzepte Zoneneinteilung, angewendete Zündschutzarten Organisatorische Maßnahmen Unterweisung, schriftliche Anweisungen, Arbeitsfreigaben Mögliche Gefahrenszenarien Sollte es dennoch zur Explosion kommen, ist bereits im Vorfeld das mögliche Gefahrenszenario zu betrachten. Können Kettenreaktionen eintreten, wie sind die Gebäudeschäden und welche Auswirkung hat die Explosion auf weitere Anlagenteile. Es kann sein, dass Wechselwirkungen mit benachbarten Anlagen auftreten können, die bei der einzelnen Anlage alleine nicht vorkommen können. Die Risikobeurteilung erfordert ein hohes Maß an Erfahrung und richtige Einschätzung. Im Zweifelsfall empfiehlt es sich, weitere Experten zu Rate zu ziehen. Denn die Risikobeurteilung ist die Grundlage aller weiteren Maßnahmen bis hin zum Betrieb der Anlage. Kennzeichnung der explosionsgefährdeten Bereiche Der Gefahrenbereich wird mit dem Gefahrensymbol gekennzeichnet. Warnzeichen für explosionsgefährdeten Bereich Phoenix Contact 7 Normenübersicht weltweit Übersicht genormter Zündschutzarten für elektrische Betriebsmittel Zündschutzart USABasis Allgemeine Bestimmungen Eigensicherheit EEX i AEx i Ex i (IS) EEx e AEx e Erhöhte Sicherheit Prinzip EN-Norm Basis für Zündschutzarten EN 50 015… EN 50 021, EN 50 028, EN 50 039 EN 50 014 Energiebegrenzung EN 50 020 IEC-Norm (sachlich identisch EN) IEC 60 079-0 NEC505 FM (USA) UL (USA) FM 3600 (ISA 12.00.01) FM 3610 UL2279 Pt.11 CSA-E79-11 FM 3610 UL913 CSA-157 FM 3600 (ISA 12.16.01) UL2279 Pt.7 CSA-E79-7 CSA-213 IEC 60 079-11 NEC504 NEC505 Konstruktive Maßnahmen durch Abstand und Dimensionierung GB3836.4 EN 50 019 Ex e (NI) NEC500 Konstruktive Maßnahmen durch Abstand FM 3611 UL 1604 Explosionproof (XP) NEC500 Konstruktive Maßnahmen durch Einschluss FM 3615 z.B. Gehäuse: UL 1203 Druckfeste Kapselung EEx d AEx d Konstruktive Maßnahmen durch Einschluss EN 50 018 NEC505 FM 3600 (ISA 12.22.01) UL2279 Pt.1 EN 50 028 NEC505 Ausschluss explosionsfähiger Atmosphäre EN 50 015 NEC505 Ausschluss explosionsfähiger Atmosphäre EN 50 017 NEC505 Ausschluss explosionsfähiger Atmosphäre EN 50 016 NEC505 Ausschluss explosionsfähiger Atmosphäre Ex d EEx m AEx m Ex m EEx o AEx o Ölkapselung Ex o EEx q AEx q Sandkapselung Ex q EEx p AEx p Ex p Type X Type Y Type Z EEx n AEx n Überdruckkapselung Zündschutzart „n“ IEC 60 079-7 CSA-E79-1 GB3836.2 FM 3600 (ISA 12.23.01) UL2279 Pt.18 CSA-E79-18 IEC 60 079-18 GB3836.9 FM 3600 (ISA 12.16.01) UL2279 Pt.6 CSA-E79-6 IEC 60 079-6 GB3836.6 FM 3622 FM 3600 (ISA 12.25.01) UL2279 Pt.5 CSA-E79-5 IEC 60 079-5 GB3836.7 --- --- FM 3620 FM 3620 FM 3620 NFPA496 NFPA496 NFPA496 FM 3600; (ISA 12.12.02) UL2279 Pt.15 CSA-E79-2 IEC 60 079-2 NEC500 NEC500 NEC500 Ex n Staubexplosionsschutz NEC500 GB3836.5 EN 50 021 NEC505 Eigensichere elektrische Systeme „i-Sys“ (DIP) GB3836.3 IEC 60 079-1 Verbesserte Industriequalität CSA-E79-15 IEC 60 079-15 IEC 60 079-11 Energiebegrenzung in zusammengeschalteten eigensicheren Stromkreisen EN 50 039 Staub; Schutz durch Gehäuse-Konstruktion EN 50 281-1-1 GB3836.8 GB3836.4 NFPA 70 Abkürzungen auf Basis der NEC 500 in Nordamerika XP IS AIS ANI PX, PY, PZ APX, APY, APZ NI DIP Explosionproof Intrinsically Safe Apparatus Associated Apparatus with Intrinsically Safe Connections Associated Nonincendive Field Wiring Circuit Pressurized Associated Pressurization Systems/Components Nonincendive apparatus and nonincendive field wiring apparatus Dust-Ignitionproof Explosionsgeschützt Betriebsmittel mit eigensicheren Stromkreisen Zugehörige Betriebsmittel mit eigensicheren Stromkreisen Zugehöriger nichtzündender Feldstromkreis Überdruckkapselung Zugehöriges Überdrucksystem oder Komponente Nichtzündende Betriebsmittel und nichtzündender Feldstromkreis Staub-Zündschutz Installation, Normen für Betreiber 8 Bezeichnung EN-Norm Explosionsschutz Teil 1: Grundlagen und Methodik EN 1127-1 Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche – Einleitung der Bereiche EN 60 079-10 IEC 60 079-10 GB3836.14 Elektrische Betriebsmittel für gasexplosionsgefährdete Bereiche – Elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen EN 60 079-14 IEC 60 079-14 GB3836.15 Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung in Bereichen mit brennbarem Staub; Teil 1-2: Auswahl, Errichtung und Instandhaltung EN 50 281-1-2 Phoenix Contact China GB3836.1 Non-incendive Vergusskapselung CSA (Canada) IEC-Norm (sachlich identisch EN) China --- 4. Zoneneinteilung Europa Explosionsgefährdete Bereiche werden genormten Zonen zugeordnet, die nach zwei Arten unterschieden werden: – gasexplosionsgefährdete Bereiche und – staubexplosionsgefährdete Bereiche. Die Zonen werden für Gase in der EN 60 079-14 und für Stäube in EN 50 2811-2 definiert. Ferner wurde auf Grund des Mandats der Europäischen Kommission (KEU) und der Europäischen Freihandelszone (EFTA) an das Europäische Komitee Normung (CEN) die Norm EN 1127-1 erstellt. Damit sollen die EG-Richtlinien (ATEX) 94/9/ EG und 1999/92/EG unterstützt werden. Die Einteilung der Zonen erfolgt auf Grund der Häufigkeit des Auftretens von explosionsfähiger Atmosphäre. Dabei kann auch das gleichzeitige Auftreten von Gasen und Stäuben vorkommen. In den Explosionsschutz-Regeln der Berufsgenossenschaft Chemie in Deutschland wurden den Zonen für Gase genaue Zeitangaben zugeordnet. In den Normen werden diese Werte nicht genannt, da es sich zeigt, dass eine allgemein gültige Aussage nicht möglich ist. Daher ist es bei jeder einzelnen Risikobeurteilung abzuwägen, wie man die Auftrittshäufigkeit einschätzt. Gasexplosionsgefährdete Bereiche Zonen Art der Gefahr Zone 0 ständig, lange Zeiträume, häufig Zone 1 gelegentlich Zone 2 normalerweise nicht, nur kurzzeitig Nordamerika National Electrical Code (NEC) in USA Artikel Inhalt 500 Allgemeine Anforderungen an Divisions der Class I, II und III 501 Anforderungen an Division der Class I 502 Anforderungen an Division der Class II 503 Anforderungen an Division der Class III 504 Anforderungen an Division der Class I, II und III in Bezug auf Eigensicherheit (IS) 505 Allgemeine und spezielle Anforderungen an die Zone der Class I Canadian Electrical Code (CEC) in Kanada Regel Inhalt 18-000 Allgemeine Anforderungen an Class I / Zone und Class II und III / Division 18-090 Anforderungen an Class I, Zone 0 requirements 18-100 Anforderungen an der Zone 1 und 2, Class I 18-200 Anforderungen an Division der Class II 18-300 Anforderungen an Division der Class III Anhang J Allgemeine und spezielle Anforderungen an Division der Class I Entsprechend dem National Electrical Code (NEC) werden in den USA Zonen bzw. Divisionen eingeteilt. Der Vergleich mit den IEC/CENELEC-Zoneneinteilung kann nur als grobe Näherung betrachtet werden. Die Konvertierung muss im Einzelfall überprüft werden. Insbesondere für Division 2 können elektrische Betriebsmittel eingesetzt werden. Die gleichen Betriebsmittel lassen sich nicht ohne zusätzliche Prüfung und Zertifizierung in Zone 2 einsetzen. Im vereinfachten Zuordnungsschema werden die Möglichkeiten dargestellt. Als Basis des Explosionsschutzes in Nordamerika gelten in den USA der National Electrical Code (NEC) und in Kanada der Canadian Electrical Code (CEC). Die aufgeführten Auszüge aus NEC und CEC beziehen sich auf den Explosionsschutz. CLASS I (Gase und Dämpfe) Group A (Acetylen) Group B (Wasserstoff) Group C (Ethylen) Group D (Propan) CLASS II (Stäube) Group E (Metallstaub) Group F (Kohlestaub) Group G (Getreidestaub) CLASS III (Fasern) Keine Untergruppen Staubexplosionsgefährdete Bereiche* Alte Einteilung in Deutschland Neue Einteilung in Deutschland Art der Gefahr Zone 10 Zone 20 ständig, lange Zeiträume, häufig Zone 21 gelegentlich Zone 11 Zone 22 normalerweise nicht, nur kurzzeitig IEC/CENELEC Zone 0 Zone 1 Zone 2 USA: NEC 505 Zone 0 Zone 1 Zone 2 * Grobe Zuordnung, im Einzelfall zu überprüfen. USA: NEC 500 Stäube wurden früher in Deutschland in zwei Zonen unterteilt. Im Rahmen der Überarbeitung von Normen auf Grund von europäischen Richtlinien wurde die Zoneneinteilung auch bei Stäuben europaweit in drei Zonen unterteilt. Es ist aber zu berücksichtigen, dass die Zonen 10 und 11 nicht ungeprüft auf die neue Zoneneinteilung übertragen werden können. Division 1 Division 2 Explosionsfähiger Stoff Class Group Explosionsfähiger Stoff Class Group Gas / Nebel oder Flüssigkeit I A, B, C, D Gas / Nebel oder Flüssigkeit I A, B, C, D Staub II E, F, G Staub II F, G Fasern III –– Fasern III –– Phoenix Contact 9 Bedeutung der Classes und Divisions Einteilung Explosionsfähige Atmosphäre Class I, Division 1 Gas, Flüssigkeit und Dampf Kann auch unter normalen Betriebsbedingungen auftreten, kann häufig auftreten bei Reparatur, Wartung oder durch Undichtigkeit oder kann bei einer Betriebsstörung zur Zündquelle werden. Class I, Division 2 Gas, Flüssigkeit und Dampf Normalerweise in geschlossenen Systemen, in der entzündbare Konzentrationen durch Belüftung verhindert werden oder im Anschluss an den Bereich, der Class I, Division 1zugeordnet ist, bei dem die Gefahr besteht, dass zündfähige Konzentrationen auftreten können. Class I, Zone 0 Gas, Flüssigkeit und Dampf Ständig, lange Zeiträume, häufig vorhanden. Class I, Zone 1 Gas, Flüssigkeit und Dampf Class I, Zone 2 Gas, Flüssigkeit und Dampf Tritt unter normalen Betriebsbedingungen auf, kann häufig auftreten bei Reparatur, Wartung oder durch Undichtigkeit, kann bei einer Betriebsstörung zur Zündquelle werden oder im Anschluss an den Bereich, der Class I, Zone 0 zugeordnet ist, bei dem die Gefahr besteht, dass zündfähige Konzentrationen auftreten können. Normalerweise nicht, nur kurzzeitig im Anschluss an den Bereich, der Class I, Zone 1zugeordnet ist, bei dem die Gefahr besteht, dass zündfähige Konzentrationen auftreten können. Class II, Division 1 Staub Kann auch unter normalen Betriebsbedingungen auftreten, häufig bei Reparatur, Wartung oder durch Undichtigkeit. Kann bei einer Betriebsstörung zur Zündquelle werden oder elektrisch leitender Staub tritt in gefahrdrohender Menge auf. Class II, Division 2 Staub Normalerweise nicht in zündfähiger Konzentration in der Luft vorhanden, gefährdet nicht den Normalbetrieb der elektrischen Anlage, tritt bei seltenen Betriebsstörungen der Anlage aus oder Staub behindert die sichere Wärmeableitung. Class III, Division 1 Fasern Bereiche, in denen leicht entzündbare Fasern verarbeitet oder transportiert werden. Class III, Division 2 Fasern Bereiche, in denen leicht entzündbare Fasern gelagert oder transportiert werden. Vereinfachtes Zuordnungsschema für USA Betriebsmittel gekennzeichnet mit*: Zulässiger Einsatzbereich NEC Class I, Div. 1 OK in NEC Class I, Zone 1 and 2 NEC Class I, Div. 2 OK in NEC Class I, Zone 2 NEC Class I, Zone 1 Nicht zulässig in NEC Class I, Div. 1 NEC Class I, Zone 2 OK in NEC Class I, Div. 2 NEC AEx OK in NEC Zone 0, 1, 2, as marked NEC AEx Nicht zulässig für NEC Class I, Div. 1 NEC AEx OK in NEC Class I, Div. 2 IEC Zone 1 Nicht zulässig für NEC Geltungsbereich IEC Zone 2 Nicht zulässig für NEC Geltungsbereich IEC EEx or Ex Nicht zulässig für NEC Geltungsbereich * Wenn diese Kennzeichnung angegeben ist, kann daraus auf den zulässigen Einsatzbereich geschlossen werden. Zuordnung nur in angegebener Richtung zulässig. Beispiel für Zoneneinteilung Ventil Zone 1 Zone 0 Zone 2 Senke Beispiel: Tank für brennbare Flüssigkeiten (nach EN 60 079-10) 10 Phoenix Contact 5. Zündschutzarten Die Basis für die genormten Zündschutzarten sind die Anforderungen an die Oberflächentemperatur, die Luft- und Kriechstrecken, die Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln, die Zuordnung der elektrischen Betriebsmittel an das Einsatzgebiet und der Zonen. Alles, was über die grundsätzlich notwendigen, allgemein gültigen Anforderungen hinausgeht, wird in der jeweiligen Zündschutzart festgelegt. Einteilung in Gruppen Auf Grund der Besonderheiten wird dem Kohle-Bergbau die Gruppe I zugeordnet. Diese Gruppe wurde früher mit dem Begriff „Schlagwettergefährdet“ (alte Abkürzung: „Sch“) bezeichnet. Alle anderen explosionsgefährdeten Bereiche werden der Gruppe II zugeordnet. Beispiele sind die Petrochemie, Chemie und Siloanlagen mit brennbaren Stäuben. Der Begriff „Explosionsgefährdet“ (alte Abkürzung: „Ex“) steht für die elektrischen Betriebsmittel der heutigen Gruppe II. Gruppe II „Über Tage“ Explosionsgefährdete Bereiche Temperaturklasse Gruppe I Die Temperaturen sind für die Anforderungen im Kohlebergbau ausgelegt. Man hat als Gas Methan und der Staub entsteht durch die Kohle. Zulässige Oberflächentemperatur Gruppe I [°C] 150 Bedingung 450 ohne Ablagerung von Kohlestaub am Betriebsmittel Luft- und Kriechstrecke Bei den Zündschutzarten Eigensicherheit, Erhöhte Sicherheit und Zündschutzart „n“ sind Luft- und Kriechstrecken einzuhalten. mit Ablagerung von Kohlestaub am Betriebsmittel Luftstrecke Temperaturklasse Gruppe II Die Zündung der explosionsfähigen Atmosphäre kann verhindert werden, wenn die Oberflächentemperatur der Betriebsmittel niedriger ist als die Zündtemperatur des umgebenden Gases. Die Oberflächentemperatur gilt für alle Teile eines elektrischen Betriebsmittels, die in Berührung mit dem explosionsfähigen Stoff kommen können. Der überwiegende Teil der Gase läßt sich den Temperaturklassen T1 bis T3 zuordnen. In den USA spricht man hier auch von T-Rating. Gruppe I „Unter Tage“ Schlagwettergefährdete Bereiche = Kohlebergbau Bei den Zündschutzarten Eigensicherheit, Druckfeste Kapselung und Zündschutzart „n“ werden in der Gruppe II zusätzlich in die Untergruppen IIA, IIB, und IIC unterschieden. Die Gruppe IIC beinhaltet Gase mit der höchsten Entzündbarkeit. Bei Eigensicherheit und Zündschutzart „nL“ wird die Einteilung durch die Mindestzündenergie (MIC) festgelegt. Die Spaltweite (MESG) bestimmt die Untergruppen bei „Druckfester Kapselung“ und bei der Zündschutzart „nC“. Kriechstrecke Luft- und Kriechstrecke Unter dem Begriff Luftstrecke wird die kürzeste Verbindung zwischen zwei Potentialen durch die Luft definiert. Als Kriechstrecke wird die kürzeste Verbindung zwischen zwei Potentialen über eine Oberfläche bezeichnet. Abhängig von der vergleichenden Kriechstromzahl (CTI) des Werkstoffs muss ein Mindestabstand eingehalten werden. Die Mindestabstände für Luft- und Kriechstrecken sind in der jeweiligen Zündschutzart festgelegt, die angewendet werden soll. Beispiel: Anmerkung: In der ATEX-Richtlinie 94/9/EG wird von Gerätegruppen gesprochen. Diese sind sachlich identisch den Gruppen nach EN-Norm. Zulässige Oberflächentemperaturen [°C] bei Gruppe II: Temperaturklassen in Europa und USA Temperaturgrenze bei Staub Bei staubexplosionsgefährdeten Bereichen wird die maximale Oberflächentemperatur als Temperaturwert [°C] angegeben. Eine Einteilung in Gruppen wird nicht vorgenommen. In der Regel müssen die zulässigen Temperaturen für jede Staubart durch Experimente ermittelt werden. In einem Gehäuse der Zündschutzart EEx e IIC T6 werden Reihenklemmen eingesetzt. Dabei muss die maximal zulässige Stromstärke so bemessen werden, dass die Temperaturklasse T6 auch an den Reihenklemmen eingehalten wird. Das Gehäuse ist in IP-Schutzart IP54 ausgeführt, aber das explosionsfähige Gas kann dennoch in das Gehäuse eindringen. Daher ist es nicht ausreichend, nur die Oberflächentemperatur des Gehäuses zu betrachten. Phoenix Contact 11 Zündschutzart Eigensicherheit Ex i Die Zündschutzart Eigensicherheit bezieht sich im Unterschied zu anderen Zündschutzarten (z. B. erhöhte Sicherheit) nicht nur auf einzelne Betriebsmittel, sondern auf den gesamten Stromkreis, der eigensicher ist. Der Schutz liegt im Stromkreis und nicht im Gehäuse. Ein Stromkreis als eigensicher bezeichnet, in dem kein Funke oder thermischer Effekt eine Zündung einer explosionsfähigen Atmosphäre auslösen kann. In eigensicheren Betriebsmitteln muss also durch geeignete Maßnahmen gewährleistet sein, dass die Energie so gering ist, dass eine explosionsfähige Atmosphäre auch im Fehlerfall - nicht gezündet werden kann. Bei einem eigensicheren Betriebsmittel sind sämtliche Stromkreise eigensicher ausgeführt; diese dürfen je nach ihrer Kategorie direkt in den für sie bestimmten Zonen eingesetzt werden. Zugehörige Betriebsmittel besitzen sowohl eigensichere als auch nicht-eigensichere Stromkreise. Sie sind in der Regel im sicheren Bereich eingesetzt, die Anschlussleitungen reichen jedoch in den Ex-Bereich hinein. Deshalb müssen auch die zugehörigen Betriebsmittel den o.g. Kategorien entsprechen, d.h. ein zugehöriges Betriebsmittel, welches mit einem Sensor oder Aktor in der Zone 0 verbunden ist, muss ein Gerät der Kategorie 1 sein. Erhöhte Sicherheit Ex e In der Zündschutzart „Erhöhte Sicherheit“ können Spannungen bis 11 kV in den explosionsgefährdeten Bereich gebracht werden. Insbesondere zur Versorgung von Motoren, Leuchten und Transformatoren ist die Erhöhte Sicherheit geeignet. Das Schutzprinzip beruht auf konstruktiven Maßnahmen. Unterteilt in Spannungsebenen werden Luft- und Kriechstrecken für die spannungsführenden Teile festgelegt. Dadurch werden elektrische Funken verhindert. Zusätzlich muss mindestens die IP-Schutzart (EN 60529) IP54 erfüllt werden. Mit der Begrenzung der Oberflächentemperatur wird sichergestellt, dass während des Betriebes an keiner Stelle, auch im Inneren des Gehäuses, die explosionsfähige Atmosphäre entzündet werden kann. Das Gehäuse schließt nicht das Eindringen von Gasen aus. Verguss-, Sand- oder Ölkapselung Ex m, Ex q, Ex o Prinzip der Zündschutzarten „Vergusskapselung“, „Sandkapselung“ und „Ölkapselung“ ist das Einschließen von möglichen Zündquellen in einem elektrischen Betriebsmittel durch das Medium Vergussmasse, Sand oder Öl. Damit wird die Zündung der explosionsfähigen Atmosphäre verhindert. In diesen Zündschutzarten können auch Spannungen bis 10…11 kV erreicht werden. Einzelheiten sind in den Normen (siehe Seite 8) nachzulesen. Druckfeste Kapselung Ex d Bei der Zündschutzart „Druckfeste Kapselung“ wird die Ausbreitung einer Explosion durch die Gehäusekonstruktion verhindert. Eine im Inneren stattfindende Explosion ist nicht in der Lage, die das Gehäuse umgebende explosive Atmosphäre zu zünden. Dies führt zu sehr robusten Gehäusen. Die Gehäuse besitzen Deckel und Einführungsstellen, zum Beispiel für Kabel und Leitungen. Die hier vorhandene Grenzspaltweite wird so dimensioniert, dass eine Übertragung der Explosion vom Inneren des Gehäuses in die umgebende explosive Atmosphäre verhindert wird. Es ist nicht zulässig, bei Kabel- und Leitungseinführungen in der Zündschutzart Ex d das Gewinde zu fetten oder mit der Drahtbürste Rost zu entfernen. Dadurch kann die Spaltweite verändert und das Schutzprinzip zerstört werden. Die Vorgaben des Herstellers sind unbedingt einzuhalten. Überdruckkapselung Ex p Die Zündschutzart „Überdruckkapselung“ beschreibt Methoden, mit denen das Eindringen von explosionsfähiger Atmosphäre in Gehäusen oder die Schaltwarte durch Überdruck verhindert wird. Der Umgebungsdruck um das Gehäuse ist immer niedriger als innerhalb. Es sind drei Formen der Überdruckkapselung möglich (siehe Tabelle unten links). Bei statischem Überdruck muss das Gehäuse hermetisch abgedichtet sein. Ein Druckverlust findet nicht statt. Weiter verbreitet sind jedoch Methoden, bei denen der Überdruck durch den Ausgleich der Leckverluste oder ständiger Spülung gehalten wird. Der Überdruck wird meist durch einfache Druckluft erzeugt. Die Zündschutzart Ex p erfordert eine Überwachungseinheit, die die elektrischen Betriebsmittel im Inneren des Gehäuses sicher abschaltet, sobald nicht mehr ausreichend Überdruck vorhanden ist. Dabei muss die Überwachungseinheit in einer anderen Zündschutzart ausgeführt sein, damit diese auch ohne Überdruck betrieben werden kann. Im Inneren können Betriebsmittel ohne Zündschutzart betrieben werden. Durch die Temperatur von Betriebsmitteln darf nach dem Abfall des Überdrucks jedoch nicht eine Zündquelle entstehen. Möglichkeiten der Überdruckkapselung Überdruckkapselung Statisch mit Ausgleich der Leckverluste mit ständiger Durchspülung Druckluft ohne Nachführen Ausgleich der Leckverluste ständiges Nachführen Betriebszustände --- Vorspülphase: Das Gehäuse wird gespült und möglicherweise vorhandene explosionsfähige Atmosphäre wird aus dem Gehäuse entfernt. Betriebsphase: Der Überdruck im Gehäuse wird überwacht. Falls dieser abfällt, werden die elektrischen Betriebsmittel im Gehäuseinneren abgeschaltet. 12 Phoenix Contact Zündschutzart „n“ Die Zündschutzart „n“ lässt sich als eine verbesserte Industriequalität beschreiben, die für den Normalbetrieb ausgelegt ist. Eine Fehlerfallbetrachtung wie bei der Zündschutzart Eigensicherheit wird nicht durchgeführt. Angewendet werden kann diese nur für die Gruppe II und dem Einsatz des elektrischen Betriebsmittels in der Zone 2. Der Hersteller legt die technischen Daten für den Normalbetrieb fest. Bei der Zündschutzart „n“ werden fünf verschiedene Ausführungen unterschieden, die sich zum Teil aus den bekannten Zündschutzarten Erhöhte Sicherheit, Eigensicherheit, Druckfeste Kapselung, Überdruckkapselung und Vergusskapselung ableiten lassen. Diese Zündschutzart ist in Anlehnung an die US-Zündschutzart Non Incendive (NI) entstanden und wurde normativ im Jahr 1999 in Europa eingeführt. Unterteilung der Zündschutzart „n“: EEx n in Europa Kurzzeichen Bedeutung Vergleichbar mit Methode Untergliederung der Gruppe II A Nicht funkend EEx e Auftreten von Lichtbögen, Funken oder heißen Oberflächen wird minimiert keine C Funkende Betriebsmittel teilweise EEx d, EEX m umschlossene Schalteinrichtung IIA, IIB, IIC nichtzündfähige Bauteile hermetisch dicht, abgedichtet oder gekapselte Einrichtungen R Schwadensichere Gehäuse --- Eindringen von explosiven Gasen wird beschränkt keine L* Energiebegrenzt EEx i IIA, IIB, IIC P Vereinfachte Überdruckkapselung EEx p Energiebegrenzung, damit weder Funke noch thermische Wirkung eine Zündung hervorruft Eindringen von explosiven Gasen wird durch Überdruck verhindert, Überwachung ohne Abschaltung keine * unterschiedlich in Nordamerika und Europa Unterteilung der Zündschutzart „n“ in Nordamerika Bezeichnung nach NEC Bedeutung Energy Limited, „nC“ * Energiebegrenzt Hermetically Sealed, „nC“ Hermetisch verschlossen Nonincendive, „nC“ Nichtzündende Betriebsmittel Non-Sparking, „nA“ Nichtfunkende Betriebsmittel Restricted Breathing, „nR“ Schwadensicher Sealed Device, „nC“ Verschlossene Betriebsmittel Simplified Pressurization, „nP“ ** Einfache Überdruckkapselung * unterschiedlich in Nordamerika und Europa ** in USA als Typ X, Y und Z bezeichnet Staubexplosionsschutz in Europa Der Staubexplosionsschutz für Gruppe II nach EN 50 281-1-1 beschränkt den Staubeintritt in Gehäuse, indem ein IP-Schutz für Gehäuse nach der Norm EN 60 529 gefordert wird. Zusätzlich wird die maximale Oberflächentemperatur, die den Staub entzünden kann, festgelegt. Im Inneren des Gehäuses können höhere Temperaturen auftreten. In diesen Fällen sind jedoch besondere Hinweise beim Öffnen des Gehäuses notwendig. Für die Gruppe I, die für den Kohlebergbau ausgelegt ist, wird durch die Normen EN 50 014ff der Staubexplosionsschutz (Kohlestaub) bereits abgedeckt. Anforderungen an Gehäuse der Gruppe II, Staub (D) Kategorie 1 2 3 IP-Schutz (EN 60 529) IP6X IP6X IP5X Gehäuse Staubdicht Staubdicht Staubgeschützt Umgebungstemperatur – 20 °C bis + 40 °C – 20 °C bis + 40 °C – 20 °C bis + 40 °C max. Oberflächentemperatur* des Gehäuses Messung bezogen auf Umgebungstemperatur 40 °C Messung bezogen auf Umgebungstemperatur 40 °C Messung bezogen auf Umgebungstemperatur 40 °C * Es wird ein Temperaturwert in °Celsius angegeben. US-Zündschutzart nach NEC 500…504 Explosionproof Für Betriebsmittel dieser Schutzart werden zusätzliche Anforderungen im Bezug auf den Explosionsschutz festgelegt. Die Temperatur wird auf einen Wert festgelegt, der bezogen auf die Umgebung als sicher einzustufen ist. Darunter fallen Produkte wie: – Motoren und Generatoren (Motors and Generators) – Überwachungsgeräte für industrielle und prozesstechnische Anwendungen (Industrial Control Equipment, Process Control Equipment) – Elektronisch betriebene Ventile (Electrically Operated Valves) Dust-ignition-proof Es wird die Zündung von Staub oder Staubansammlungen durch Lichtbogen, Funken oder Wärme verhindert. Nonincendive Ein Kurzschluss oder thermischer Effekt ist unter bestimmten Betriebsbedingungen nicht fähig, eine durch den Hersteller festgelegtes feuergefährliche Gas- oder Dampfluftmischung zu zünden. Non-sparking Das elektrische Betriebsmittel besitzt keine Teile, die üblicherweise Lichtbögen, Funken oder thermische Effekte hervorrufen, mit denen eine explosionsfähige Atmosphäre gezündet werden kann. Hermetically sealed Das elektrische Betriebsmittel ist komplett versiegelt, so dass von außen keine explosive Atmosphäre eindringen kann. Dies wird durch Schweißen oder andere Schmelzverfahren realisiert. Sealed device Das Betriebsmittel ist so konstruiert, dass es nicht geöffnet werden kann, nach außen keine Funktionsteile hat und insgesamt versiegelt ist. Im Betriebsmittel können sich funkende Teile oder heiße Oberflächen befinden. Phoenix Contact 13 6. Kennzeichnung Kennzeichnung in Europa nach ATEX und EN-Normen Elektrisches Betriebsmittel Kennzeichnung nach EN 50 014 Kennzeichnung nach ATEX EG-Baumusterprüfbescheinigung Aktuelles Herstelljahr Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) elektrisches Betriebsmittel elektrisches Betriebsmittel c 02 E Ex ia IIC T6 0102 X II 1 GD TÜV 01 ATEX 1750 Temperaturklasse (für direkt im Ex-Bereich eingesetzte Betriebsmittel) Gruppe Atmosphäre (G = Gas, D = Staub) Nummer der Bescheinigung Kategorie Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) Zündschutzart Gerätegruppe Jahr der EG-Baumusterprüfbescheinigung Explosionsgeschützt benannte Stelle Fertigung (z.B. PTB) benannte Stelle (Notified Body) Bescheinigt nach CENELEC-Norm EN 50… Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Kennzeichnung nach EN 50 014 Kennzeichnung nach ATEX EG-Baumusterprüfbescheinigung Aktuelles Herstelljahr Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel c 02 [E Ex ia] IIC 0102 X II (1) GD TÜV 01 ATEX 1750 Atmosphäre (G = Gas, D = Staub) Nummer der Bescheinigung Gruppe Kategorie Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) Zündschutzart Gerätegruppe Jahr der EG-Baumusterprüfbescheinigung Explosionsgeschützt benannte Stelle Fertigung (z.B. PTB) benannte Stelle (Notified Body) Bescheinigt nach CENELEC-Norm EN 50… Komponente Kennzeichnung nach EN 50 014 Kennzeichnung nach ATEX EG-Baumusterprüfbescheinigung Aktuelles Herstelljahr Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) E Ex e II T6 02 0102 Phoenix Contact 2 GD TÜV 01 ATEX 1750 U Temperaturklasse (für direkt im Ex-Bereich eingesetzte Betriebsmittel) Gruppe Atmosphäre (G = Gas, D = Staub) Nummer der Bescheinigung Kategorie Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) Zündschutzart Gerätegruppe Jahr der EG-Baumusterprüfbescheinigung Explosionsgeschützt benannte Stelle Fertigung (z.B. PTB) benannte Stelle (Notified Body) Bescheinigt nach CENELEC-Norm EN 50… 14 X II Komponenten sind von der c-Kennzeichung ausgenommen. Staubexplosionsschutz elektrischer Betriebsmittel Kennzeichnung nach EN 50 281-1-1 Kennzeichnung nach ATEX EG-Baumusterprüfbescheinigung Aktuelles Herstelljahr Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) IP66 c 02 T = 180 °C 0102 X II 1 D TÜV 01 ATEX 1750 Temperatur Atmosphäre (D = Staub) Nummer der Bescheinigung IP-Schutz nach EN 60 529 Kategorie Baumustergeprüft nach 94/9/EG (ATEX) Gerätegruppe Jahr der EG-Baumusterprüfbescheinigung benannte Stelle Fertigung (z.B. PTB) benannte Stelle (Notified Body) Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Kennzeichnung Komponente Kennzeichnung Phoenix Contact 15 Kennzeichnung USA Kennzeichnung US-Standard nach NEC 500 abweichende Umgebungstemperatur IS / II,I / 1 / CDEFG / T6, T5 Ta = 70°C; 699008; Type 4X, 6P Gehäusetyp Kontrolldokument Temperaturklasse Gruppe Division Class Zündschutzart Kennzeichnung US-Standard nach NEC 505 abweichende Umgebungstemperatur I / 1 / AEx ia / IIB / T6, T5 Ta = 70°C; 699008; IP54 Gehäusetyp Kontrolldokument Temperaturklasse Gruppe, Gas Gruppe Schutzart American National Standard zugelassen Zone Class Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Einstufung des Betriebsmittels Zulassungsstelle in USA: hier UL; 1M68 c für Kanada; us für USA U Listed CD-No: 12345678 Suitable for Class I, Div. 2, Groups A, B, C and D installation; Controldrawing-No. (Kontrolldokument) Kann in Div 2* eingesetzt werden für Class I: Gase providing intrinsically safe circuits for use in Class I, Div. 1, Groups A, B, C and D; Gase Class II, Groups E, F and G; and Stäube Class III, Hazardous Locations Fasern * Nach NEC 500 16 Phoenix Contact A: Acetylen B: Wasserstoff C: Ethylen D: Propan geeignet für Stromkreise in Div 1* 7. Zündschutzart Eigensicherheit Mit der Begrenzung von Spannung und Strom gilt für die maximale Leistung Po = Signalsystem um 1910 Uo2 4R Die maximal zulässigen Werte ergeben sich aus den Zündgrenzkurven, die in der Norm EN 50 020 festgelegt werden. Es gibt insgesamt vier Zündgrenzkurven für die Gasgruppen I, IIA, IIB und IIC. Die Einteilung erfolgt anhand der Zündenergie. Die Zündgrenzkurven wurden mit einem Funkenprüfgerät ermittelt, wie es in der Norm EN 50 020 beschrieben wird. Prinzip Die Zündschutzart „Eigensicherheit“ Ex i beruht auf dem Prinzip der Begrenzung von Strom, Spannung und speicherbarer Energie innerhalb der elektrischen Schaltung. Prinzip Eigensicherheit ––> Spannung begrenzt ––> Strom begrenzt ––> speicherbare Energie begrenzt Eigensicherheit reduziert nicht den explosionsfähigen Stoff und/oder das Oxidationsmittel. Die Zündung eines explosionsfähigen Gemisches wird vermieden, wenn elektrische Funken und thermische Effekte nicht auftreten können. Um den elektrischen Funken unterhalb der Zündgrenze zu halten, wird die Spannung begrenzt. Der thermische Effekt, also zu heiße Oberflächen, wird durch die Strombegrenzung ausgeschlossen. Die Energiebegrenzung verhindert eine zu hohe Erwärmung des elektrischen Betriebsmittels und seiner Oberflächen. Dieses gilt auch für die an die eigensicheren Stromkreise angeschlossenen Sensoren. Energie kann gespeichert sein in Kapazitäten (Kondensatoren) oder Induktivitäten (Spulen) innerhalb des eigensicheren Stromkreises. Prinzipschaltbild zur Spannungs- und Strombegrenzung Die Zener-Diode wird ab einem definierten Spannungswert leitend. Die höhere Spannung wird über die Zener-Diode abgeleitet, der elektrische Kreis ist im Ex-Bereich spannungsbegrenzt. Ein in Reihe geschalteter Widerstand begrenzt den Strom in den explosionsgefährdeten Bereich. Imax = Io = Uo R Für eigensichere Stromkreise in die Zone 0 wird daher von der Norm (EN 60079-14 Kap. 12.3) empfohlen, die Kategorie „ia“ in Verbindung mit galvanischer Trennung zu bevorzugen. Es wird bei Eigensicherheit eine Fehlerbetrachtung durchgeführt, um eine Explosionsgefahr auszuschließen. Damit wird aber über die Betriebssicherheit keine Aussage gemacht. Das bedeutet, ein funktionaler Totalausfall des Betriebsmittels kann bezogen auf den Explosionsschutz zulässig sein. Die elektrischen Betriebsmittel dürfen entsprechend der Kategorie bis in Zone 0 eingesetzt werden. Bei zugehörigen Betriebsmitteln erfolgt die Installation im sicheren Bereich, lediglich die eigensicheren Stromkreise werden entsprechend der Kategorie in den explosionsgefährdeten Bereich geführt. Elektrisches Betriebsmittel Eigensicherheit Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Eigensicherheit Explosionsgefährdeter Bereich Sicherer Bereich Elektrische Betriebsmittel und zugehörige elektrische Betriebsmittel Ein eigensicherer Stromkreis besteht aus mindestens einem elektrischen Betriebsmittel und einem zugehörigen Betriebsmittel. Die Stromkreise der elektrischen Betriebsmittel erfüllen die Anforderungen der Eigensicherheit. Elektrische Betriebsmittel dürfen nur über zugehörige Betriebsmittel mit nichteigensicheren Stromkreisen verbunden werden. Ein zugehöriges Betriebsmittel besitzt sowohl eigensichere als auch nichteigensichere Stromkreise. Die Trennung der Stromkreise erfolgt durch Zener-Barrieren oder galvanische Trenner. Für diese Trennung wird in der Norm EN 50 020 der Begriff „Sicherheitsbarriere“ verwendet. Eigensichere elektrische Betriebsmittel und eigensichere Teile von zugehörigen Betriebsmitteln werden nach EN 50 020 in die Kategorien „ia“ und „ib“ eingeordnet. Die Kategorie „ia“ hat grundsätzlich die höhere Sicherheit als „ib“. Die Kategorie „ia“ oder „ib“ legt fest, ob in der Schutzbeschaltung eine 1-Fehler- oder 2-Fehler-Sicherheit vorhanden ist. Kategorie* Fehlerbetrachtung zulässige Zonen ia Nicht in der Lage, im Normalbe- 0, 1, 2 trieb, beim Auftreten eines Fehlers und beim Auftreten irgendeiner Kombination von zwei Fehlern eine Zündung zu verursachen ib Nicht in der Lage, im Normalbe- 1, 2 trieb, beim Auftreten eines Fehlers eine Zündung zu verursachen * Kategorie nach EN 50 020 ist nicht gleichzusetzen mit dem Begriff nach Richtlinie 94/9/EG Phoenix Contact 17 Zugehöriges Betriebsmittel mit/ohne galvanischer Trennung R F 1 Ex-Seite Installation in Zündschutzart Eigensicherheit Einfache elektrische Betriebsmittel (EN 50 020) Art Bedingung Beispiele passive Bauelemente kein Energiebeitrag Widerstand, Schalter, Potentiometer, Verteilerkasten, einfache Halbleiterbauelemente, Pt 100 Energiespeicher genau festgelegte Kennwerte, deren Werte bei der Gesamtsicherheit des Systems berücksichtigt werden müssen Spule, Kondensator Energiequellen Maximalwerte: U ≤ 1,5 V, I ≤ 100 mA, P ≤ 25 mW Thermoelement, Fotozelle Sicherer Bereich Ohne galvanischer Trennung: Zenerbarriere Ex-Seite Sicherer Bereich Mit galvanischer Trennung: Trenner Kennzeichnung der explosionsgefährdeten Bereiche Der Gefahrenbereich wird mit dem Gefahrensymbol gekennzeichnet. Grundsätzlich ist es möglich, zugehörige Betriebsmittel in einer weiteren Zündschutzart auszuführen, um diese dann in Zone 2 oder ggf. sogar in Zone 1 zu installieren. Einfaches elektrisches Betriebsmittel Eigensicherheit Kerngedanke für die Installation Der gesamte eigensichere Stromkreis muss gegen das Eindringen von Energie aus anderen Quellen, elektrischen oder magnetischen Feldern geschützt sein. Verantwortlich für den Nachweis der Eigensicherheit ist der Errichter oder Betreiber, nicht der Hersteller. Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel Eigensicherheit Warnzeichen für explosionsgefährdeten Bereich Eigensichere Stromkreise • mit einem zugehörigen Betriebsmittel Zur Planung und Installation empfiehlt es sich, die Betriebsanleitungen und die EGBaumusterprüfbescheinigungen (bzw. die Zertifikate) der eingesetzten Betriebsmittel bereitzuhalten. Diesen werden die notwendigen Parameter entnommen. Im ersten Schritt werden die Daten entsprechend der folgenden Tabelle geprüft. Explosionsgefährdeter Bereich Einfache elektrische Betriebsmittel Einfache elektrische Betriebsmittel benötigen keine Zulassung, müssen einer Temperaturklasse zugeordnet sein und den weiteren zutreffenden Anforderungen der EN 50 020 entsprechen. Die Maximaltemperatur kann aus der Leistung Po des zugehörigen Betriebsmittels berechnet und die Temperaturklasse bestimmt werden. Sicherer Bereich Dimensionierung eigensicherer Stromkreise Explosionsgefährdeter Bereich + + U ≥ U i P L i+ L c c o o U B + U B IN o ≤ C ≤ L + O U T Gebräuchliche Bezeichnungen ≥ P i C i+ C Phoenix Contact o ≥ Io Ii 18 SPS 4…20 mA sicherer Bereich für Betriebsmittel: max. zulässige Spannung max. zulässiger Strom innere Kapazität innere Induktivität für zugehörige Betriebsmittel: max. Leerlaufspannung max. Kurzschlussstrom max. zulässige Kapazität max. zulässige Induktivität Europa USA Ui Ii Ci Li Vmax Imax Ci Li Uo Io Co Lo Voc Isc Ca La Überprüfung des Einsatzes im explosionsgefährdeten Bereich Kriterien Elektrische Betriebsmittel Zugehörige elektrische Betriebsmittel Gerätegruppe, Einsatzbereich II, G, D II, G, D Kategorie 1, 2, 3 (1), (2), (3) Galvanischer Trenner contra Zener-Barriere Gegenüberstellung von galvanischem Trenner und Zener-Barriere Bedingung Galvanischer Trenner Zener-Barriere Sensor, Aktor kann geerdet werden, aber nicht in Zone 0 nicht erforderlich darf nicht geerdet werden erforderlich Gruppe IIA, IIB, IIC IIA, IIB, IIC Zone 0, 1, 2 0, 1, 2 möglich EEX ia, EEx ib [EEX ia], [EEx ib] Messfehler (durch Erd-/ Masseschleifen) nicht möglich Zündschutzart möglich T1…T6 -- Leckströme an den Zener-Dioden nicht möglich Temperaturklasse Potentialausgleich Als nächster Schritt werden die elektrischen Daten des eigensicheren Stromkreises (Spannung, Strom, Leistung, Kapazität und Induktivität) überprüft. Liegt eine Systembescheinigung vor, ist die Dimensionierung für das System bereits erfüllt. Im eigensicheren Stromkreis sind alle auftretenden Kapazitäten und Induktivitäten zu berücksichtigen und mit der Kapazität Co und Induktivität Lo des zugehörigen Betriebsmittels zu vergleichen. In der Praxis ist besonders auf die Kapazität zu achten, da durch diese Kabel oder Leitungen in der Länge erheblich eingeschränkt werden. Als Richtwerte können die Kapazität CC mit ca. 140…200 nF/km und die Induktivität LC mit ca. 0,8…1 mH/km angenommen werden. Im Zweifel ist immer vom worst case auszugehen. • mit mehreren zugehörigen Betriebsmitteln Für den Einsatz in Zone 0 ist die Zusammenschaltung von mehreren zugehörigen elektrischen Betriebsmitteln nicht zulässig. Besteht der eigensichere Stromkreisen für Anwendungen in Zone 1 und Zone 2 aus mehr als einem zugehörigen Betriebsmittel, muss durch theoretische Berechnungen oder Prüfungen mit dem Funkenprüfgerät (entsprechend EN 50 020) ein Nachweis erfolgen. Dabei ist zu beachten, ob eine Stromaddition vorliegt. Daher wird die Beurteilung durch einen Sachverständigen empfohlen. Für die Zusammenschaltung mehrerer eigensicherer Stromkreise mit linearen Strom- Spannungskennlinien werden im Anhang A und B der EN 60 079-14 Beispiele aufgeführt. Bei der Zusammenschaltung zugehöriger Betriebsmittel mit nichtlinearen Kennlinien führt die Bewertung an Hand der Leerlaufspannung und des Kurzschlussstroms nicht zum Ergebnis. Die Berechnungen kann aber auf Grundlage des PTBBerichts PTB-ThEx-10 „Zusammenschaltung nichtlinearer und linearer eigensicherer Stromkreise“ durchgeführt werden. Hier werden grafische Methoden zur Beurteilung der Eigensicherheit bis in die Zone 1 beschrieben. Temperaturkoeffizienten keine an Begrenzungswiderständen unterschiedliche Potenti- zulässig ale für eigensicheren Stromkreis und Auswertestromkreis Installationsaufwand geringer vorhanden Zulässige Leiterquerschnitte für Erdverbindung Anzahl der Leiter Leiterquerschnitt Bedingung mindestens 2 getrennte Leiter ein Leiter min. 1,5 mm2 jeder einzelne Leiter kann den größtmöglichen Strom führen min. 4 mm2 Bei der galvanischen Trennung von Versorgungs- und Signalstromkreisen müssen die Fehler und/oder transiente Ströme in Potentialausgleichsleitungen berücksichtigt werden. nicht zulässig durch sichere Erdung höher Um die Schwierigkeiten bei der Installation, die durch Erdung entstehen können, zu vermeiden, besitzen die Trenner von Phoenix Contact grundsätzlich galvanische Trennung. Erdung in eigensicheren Stromkreisen Bei der Erdung eigensicherer Stromkreise kann es zu Potentialdifferenzen kommen. Diese müssen in der Betrachtung der Stromkreise berücksichtigt werden. Eigensichere Stromkreise dürfen gegen Erde isoliert sein. Die Gefahr der elektrostatischen Aufladung ist zu beachten. Die Verbindung über einen Widerstand R = 0,2…1 MΩ zur Ableitung elektrostatischer Aufladung gilt nicht als Erdverbindung. Ein eigensicherer Stromkreis darf an das Potentialausgleichssystem angeschlossen sein, wenn dies nur an einer Stelle innerhalb eines galvanischen getrennten eigensicheren Stromkreises geschieht. Diese Bedingung wird durch einen galvanischen Trenner erfüllt. X-Hinweis Ist eine funktionsbedingte Erdung am Sensor/Aktor notwendig, so ist diese unmittelbar außerhalb der Zone 0 zu realisieren. Anlagen mit Zener-Barrieren müssen an diesen geerdet sein. Gegebenenfalls ist sogar ein mechanischer Schutz gegen Beschädigung vorzusehen. Diese Stromkreise dürfen nicht an einer weiteren Stelle geerdet werden. Alle elektrischen Betriebsmittel, die die Spannungsprüfung mit mindestens 500 V gegen Erde nicht bestehen, gelten als geerdet. Wartung und Instandhaltung Eine Wartung der eigensicheren Stromkreise ist ohne besondere Genehmigung (z.B.: Feuerschein) möglich. Die Leitungen der eigensicheren Stromkreise können kurzgeschlossen oder unterbrochen werden, ohne die Zündschutzart zu gefährden. Es dürfen Betriebsmittel ausgebaut (bzw. Steckmodule gezogen) werden, ohne dass die Anlage spannungsfrei geschaltet werden muss. Das Löten ist nicht zulässig. In eigensicheren Stromkreisen treten keine berührungsgefährlichen Ströme und Spannungen auf, so dass sie für Personen sicher sind. Das Messen von eigensicheren Stromkreisen erfordert zugelassene eigensichere Messgeräte. Werden die Daten dieser Messgeräte nicht berücksichtigt, kann zusätzliche Energie in den eigensicheren Stromkreis gelangen. Die zulässigen Höchstwerte werden ggf. überschritten und die Anforderungen an die Eigensicherheit nicht mehr erfüllt. Gleiches gilt für alle Prüfgeräte, die eingesetzt werden sollen. Abstand zwischen EEx i und Non-Ex Eigensichere Stromkreise Stromkreise zur SPS im sicheren Bereich Hellblaues Kabel in Ex-Zone Aufbau eines Schaltschranks mit eigensicheren Stromkreisen Phoenix Contact 19 Mantel ortsveränderlich, transportable Betriebsmittel Außenmantel flexibel Thermoplast, Duroplast, Elastomer oder metallisoliert mit Metallmantel Schwerem Polychloropren, synthetischem Elastomer, schwere Gummischlauchleitung oder vergleichbarer robuster Aufbau Mindestquerschnittsfläche 1,0 mm2 Ausführung – leichte Gummischlauchleitung ohne/mit Polychloroprenummantelung – schwere Gummischlauchleitung ohne/mit Polychloroprenummantelung – kunststoffisolierte Leitung, vergleichbar schwere Gummischlauchleitung a b Auswahlkriterien für Kabel/Leitungen bei Zündschutzart Eigensicherheit Bedingung Anmerkung isolierte Kabel/Leitungen Prüfspannung ≥ 500 V AC Leiter-Erde, Leiter-Schirm und Schirm-Erde Durchmesser einzelner Leiter feindrahtige Leitungen ≥ 0,1mm auch bei feindrahtigen Leitern gegen Aufspleißen schützen zulässig z.B. durch Aderendhülsen mehradrige Kabel/Leitungen Kenndaten 20 (CC und LC) oder (CC und LC/RC) Phoenix Contact Bedingungen der Fehlerbetrachtung berücksichtigen aus EN 60 079-14 im Zweifel: worst-case 5 0 m m Sonderfälle zur Erdung leitender Schirme in eigensicheren Stromkreisen Für eigensichere Stromkreise sind die Kabel und Leitungen entsprechend auszuwählen: Kriterium 5 0 m m ortsfest Betriebsmittel Zwischen eigensicheren und anderen Stromkreisen Der Abstand an Reihenklemmen zwischen den leitenden Teilen von eigensicheren Stromkreisen und den leitenden Teilen von nicht eigensicheren Stromkreisen muss mindestens 50 mm betragen. Der Abstand kann auch durch eine Trennplatte aus Isolierstoff oder durch eine geerdete Metallplatte hergestellt werden. Kabel/Leiter von eigensicheren Stromkreisen dürfen selbst dann, wenn sie sich an der Reihenklemme lösen sollten, nicht mit einem nicht-eigensicheren Stromkreis in Kontakt kommen. Bei der Installation sind die Kabel/ Leiter entsprechend einzukürzen. 5 0 m m Anforderung Zwischen verschiedenen eigensicheren Stromkreisen Die Luftstrecken zwischen Klemmen verschiedener eigensicherer Stromkreise müssen mindestens 6 mm betragen. Die Luftstrecken zwischen den leitenden Teilen der Anschlussklemmen und leitenden Teilen, die geerdet sein können, muss mindestens 3 mm betragen. Eigensichere Stromkreise müssen deutlich gekennzeichnet sein. 6 m m Kabel/ Leitung Abstände an Anschlussklemmen 6 m m Kabel/Leitungen für Zone 1 und 2 Bei eigensicheren Stromkreisen, auch außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs, gilt ferner: – Schutz gegen das Eindringen äußerer Energie. – Schutz gegen äußere elektrische oder magnetische Felder. Mögliche Ursache: Hochspannungsfreileitung oder einphasige Hochspannungsleitungen. – Aderleitungen von eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreisen dürfen nicht in derselben Leitung geführt werden. – Bei bewehrten, metallummantelten oder geschirmten Kabeln/Leitungen können eigensichere und nichteigensichere Stromkreise in ein und demselben Kabelkanal verlegt werden. Im Schaltschrank sollen die eigensicheren Stromkreise möglichst eindeutig gekennzeichnet sein. Die Norm schreibt kein einheitliches Verfahren vor, weist lediglich darauf hin, dass die Kennzeichnung bevorzugt durch eine hellblaue Farbe erfolgen soll. Meist werden die Neutralleiter von Energiekabeln auch mit blauer Farbe gekennzeichnet. Dann sollte eine andere Kennzeichnung von eigensicheren Stromkreisen verwendet werden, um eine Verwechslung auszuschließen. Von Vorteil ist die übersichtliche Anordnung und räumliche Trennung im Schaltschrank. Die Erdung leitender Schirme darf nur an einer Stelle erfolgen, die sich üblicherweise im nichtexplosionsgefährdeten Bereich befindet. Siehe hierzu auch den Abschnitt „Erdung in eigensicheren Stromkreisen“ (siehe Seite 19). Es sind drei Sonderfälle zulässig, den Schirm mehrfach zu erden. 6 m m Kabel/Leitungen für die Zone 0, 1 und 2 Bei der Installation von Kabeln/Leitungen sollen diese gegen mechanische Beschädigungen, Korrosion, chemische und thermische Einwirkungen geschützt sein. In der Zündschutzart Eigensicherheit ist dies verbindlich gefordert. Bei Schächten, Kanälen, Rohren und Gräben muss das Ansammeln von explosionsfähiger Atmosphäre verhindert werden. Ebenso dürfen sich brennbare Gase, Dämpfe, Flüssigkeiten oder Stäube nicht darüber ausbreiten können. Innerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs sollen Kabel/Leitungen möglichst unterbrechungsfrei geführt werden. Ist dies nicht realisierbar, so dürfen die Kabel/Leitungen nur in einem Gehäuse, das in einer für die Zone zugelassenen Schutzart ausgeführt ist, verbunden werden. Muss aus Gründen der Installation davon abgewichen werden, so sind die Bedingungen aus der Norm EN 60 079-14 einzuhalten, auf die hier nicht eingegangen werden soll. c Grund Bedingungen Schirm hat hohen Widerstand, zusätzliche Abschirmung gegen induktive Störeinflüsse robuster Erdleiter (min. 4 mm2), isolierter Erdleiter und Schirm: – Isolationsprüfung 500 V, – beide an einem Punkt geerdet, Erdleiter erfüllt die Anforderungen der Eigensicherheit und wird beim Nachweis berücksichtigt Potentialausgleich zwischen beiden Enden Mehrfacherdung über kleine Kondensatoren im höchsten Maß sichergestellt, dass Potentialausgleich gewährleistet ist Gesamtkapazität nicht über 10 nF In mehradrigen Kabeln oder Leitungen dürfen mehrere eigensichere Stromkreise geführt werden. Abstände nach EN 50 020, Kap. 6.3.1 bzw. Bild 1. Spezielle Anforderungen in Zone 0, Europa Die Norm EN 50 284 „Spezielle Anforderungen an Konstruktion, Prüfung und Kennzeichnung elektrischer Betriebsmittel für Gerätegruppe II, Kategorie 1G“ (entsprechend der ATEX-Richtlinie 94/9/EG) ergänzt die EN 50 014ff. Hier werden weitere Anforderungen beschrieben, um Betriebsmittel auch in anderen Zündschutzarten als Eigensicherheit in der Zone 0 einzusetzen. 8. Überspannungsschutz im Ex-Bereich Überspannungen Überspannungen, ein wichtiges Thema, wenn es um den Funktionserhalt und die Verfügbarkeit von elektrischen Anlagen geht. Zunehmende Automation, verbunden mit immer leistungsfähigeren elektronischen Komponenten, bringt höhere Empfindlichkeit gegen transiente Überspannungen mit sich. Bei diesen Störgrößen handelt es sich um zeitlich schnell veränderliche Störimpulse, die in wenigen Mikrosekunden Amplituden von mehreren kV erreichen. Die häufigste Ursache für die Entstehung von Überspannungen sind nicht Blitze, wie allgemein vermutet, sondern Schalthandlungen in der Verbraucheranlage. Auch Elektrostatik ist in vielen Bereichen eine nicht unerhebliche Entstehungsursache. Ist die Überspannung einmal entstanden, dann kommt es nicht selten zu Fehlsteuerungen, kurzzeitigen Funktionsunterbrechungen oder im ungünstigsten Fall zu Funktionsausfällen durch Zerstörung. Reihenklemme mit integriertem Überspannungsschutz TT-EX(I)-24DC 2 4 IN OUT 1 ungeschützt 3 geschützt Besonders anwenderfreundlich sind die Schutzgeräte der Produktreihe MCR-PLUGTRAB. Die Entkopplungselemente (Widerstände) sind im Basiselement enthalten und bleiben im Stromkreis unabhängig davon, ob der Schutzstecker in das Basiselement gesteckt ist. Für den Einsatz in staubexplosionsgefährdeten Bereichen sind die Überspannungsschutzgeräte (ÜSG) in Gehäusen mit einem Schutzgrad von mindestens IP6X unmittelbar vor dem zu schützenden Volumen zu installieren. Im gasexplosionsgefährdeten Bereich, genügt ein Gehäuse in IP4X-Ausführung. Führen Signalleitungen eines eigensicheren Stromkreises in das Innere eines Behälters, in dem brennbare Flüssigkeiten gelagert werden, sind die Überspannungsschutzgeräte (ÜSG) nach TRbF 100 (Technische Regeln für brennbare Flüssigkeiten) unmittelbar vor der Tankwandung in ein metallisches Gehäuse einzubauen. Dieses ist so mit dem Tank zu verbinden, dass von einem gesicherten Potentialausgleich ausgegangen werden kann. Um direkte Einschläge in bereits geschützte Leitungen zu vermeiden, sind diese zwischen Gehäuse und Tank z.B. in metallischen Rohren zu verlegen. Schutzbeschaltung der Reihenklemme TT-EX(I)-24DC und der Grundklemmen TT-PI-EX-TB Das Funktionsprinzip lässt sich am Beispiel der oben gezeigten Schutzschaltung leicht erklären. Beim Auftreten einer Überspannung spricht die Suppressor-Diode als schnellstes Bauelement zuerst an. Die Schutzschaltung ist so konzipiert, dass der Ableitstrom mit steigender Amplitude auf den vorgeschalteten Ableitweg, d.h. auf den Gasableiter kommutiert, bevor die Suppressor-Diode zerstört werden kann. Mit diesem Aufbau lässt sich ein Ableitvermögen von 10 kA(8/20)µs bei einer sehr niedrigen und präzisen Spannungsbegrenzung erreichen. Bleibt der Ableitstrom jedoch niedrig, so spricht der vorgeschaltete Gasableiter nicht an. Man erreicht mit dieser Schaltung die Vorteile des schnellen Ansprechens des Ableiters bei niedriger Spannungsbegrenzung sowie gleichzeitig ein hohes Ableitvermögen im Fall einer energiereichen Überspannungseinkopplung. Überspannungsschutzeinrichtungen helfen dieser Bedrohung Herr zu werden und so die Verfügbarkeit der geschützten Anlage zu erhöhen. In der Messwert- und Informationsverarbeitung werden die Schutzgeräte in den Signalkreis direkt vor der zu schützenden Geräteschnittstelle geschaltet. Die Anschlüsse der Ableiter sind mit „IN“ und „OUT“ gekennzeichnet. Bei der Installation ist dann darauf zu achten, dass „IN“ in die Richtung zeigt, aus der die Überspannung erwartet wird. Nur so ist die korrekte Funktion mehrstufiger Schutzschaltungen möglich. Grundklemme mit integriertem Überspannungsschutz TT-PI-EX-TB Phoenix Contact 21 Beispiel Hochtanklager In einem Tanklager für chemische Produkte können sich so Rhythmusfehler in der Systemsoftware einstellen, die unkontrollierte oder gleichzeitige Ansteuerung mehrerer Ventile und damit heftige Reaktionen zur Folge haben. Um die unzulässig hohen Potentialdifferenzen zu vermeiden, wird zunächst ein Potentialausgleich zwischen Messwarte und den Hochtanks errichtet. Entlädt sich ein Blitz mit iB (t) = 30 kA(10/ 350 µs), wird, wenn keine Risikoanalyse durchgeführt wird, nach IEC 61312-1 damit gerechnet, dass nur ca. 50 % des Blitzstroms ins Erdreich abgeleitet werden. Geht man davon aus, dass die verbleibenden 15 kA(10/350) µs zunächst nur über die Potentialausgleichsleitung fließt, ergibt sich bei einem Kupferquerschnitt von 95 mm2 folgende maximale ohmsche Potentialdifferenz zwischen Messwarte und dem Hochtank: îB 2 ÛR = ∂ = 17,3 • RCU mit RCU = ∂ • I A 100 m IN OUT 9,2 4…20 mA 4…20 mA + 24 VDC CLeitung = 20 nF LLeitung = 2 x 100 µF Ci ≤ 30 V Ii ≤ 200 mA Pi ≤ 1 W Ci1 = 0 nF Li1≤ 20 nH +- TT-EX (I)-24 DC PT 2X EX (I)-24 DC Ci2 < 2,5 nF Ci3 < 5 nF Li2 < 1 µH Li3 < 1 µH Nachweis der Eigensicherheit ! ! ! 1. Uo ≤ Ui Io ≤ Ii Po ≤ Pi ! 2. Co1 + Ci2 + CLeitung + Ci3 ≤ Co ! + LLeitung + Li3 ≤ Lo 3. Lo1 + Li2 RCU -+ PI-EX-RPSS-I/I Uo = 28 V Io = 93 mA Po = 650 mW Co = 83 nF Lo = 4,3 mH L Füllstandsmessung: Schutz der Steuerung durch TERMITRAB TT-EX(I)-24DC und Grundklemme PI-EX-TB und 100 m mΩ • mm2 m IN ÛR = - GND -+ mΩ • mm2 100 m 30 kA • 17,3 • 2 m 95 mm2 OUT 9,2 4…20 mA 4…20 mA + 24 VDC ÛR = 273 V Die Kombination aus Potentialausgleichsleitungen und der geforderten Isolationsfestigkeit von 500 V scheint auf den ersten Blick einen ausreichenden Schutz vor Blitzteilströmen in eigensicheren Systemen zu bieten. Jede Leitung besitzt jedoch neben dem Widerstandsbelag auch einen Induktivitätsbelag L‘. Für einen runden Kupferleiter wird in der Praxis ein querschnittsunabhängiger Induktivitätsbelag L’ ≈ 1 µH/m angenommen. Weiter erreicht ein Blitzstrom der Kurvenform (10/ 350) µs in ca. 10 µs seine Amplitude (hier: 15 kA) und ist nach ca. 350 µs auf 50 % abgeklungen. Die Stirnstromsteilheit ergibt sich damit zu diB(Teil) dt = ∆iB(Teil) ∆t ∆iB(Teil) ∆t = îB(Teil) T1 ∆iB(Teil) ∆t = 1,5 îB 30 kA = 2 • T1 2 • 10 µs kA µs Der entlang des Potentialausgleichsleiters entstehende induktive Spannungsfall wird 22 Phoenix Contact TT-EX (I)-24 DC Ci2 < 2,5 nF Li2 < 1 µH Nachweis der Eigensicherheit ! ! ! 1. Uo ≤ Ui Io ≤ Ii Po ≤ Pi ! 2. Co1 + Ci2 + CLeitung + Ci3 ≤ Co ! 3. Lo1 + Li2 + LLeitung + Li3 ≤ Lo RCU +- -+ PI-EX-RPSS-I/I Uo = 28 V Io = 93 mA Po = 650 mW - GND -+ Co = 83 nF Lo = 4,3 mH Grundklemme mit integriertem Überspannungsschutz TT-PI-EX-TB Ci3 = 3 nF Li3 = 1 µF L Füllstandsmessung: Schutz der Steuerung durch Grundklemme TT-PI-EX-TB mit integriertem Überspannungsschutz nach dem Induktionsgesetz errechnet: UL (t) = - L • diB(Teil) dt ÛL (t) ≈ - L‘ • I • = CLeitung = 20 nF LLeitung = 2 x 100 µF Ci ≤ 30 V Ii ≤ 200 mA Pi ≤ 1 W Ci1 = 0 nF Li1 ≤ 20 nH ÛL ≈ -1 ∆iB(Teil) ∆t kA µH • 100 m • 1,5 m µs ÛL ≈ -150 kV Eigensichere Stromkreise, die zwischen Hochtank und Messwarte verlaufen, werden somit zerstört. Nur durch den konsequenten Einsatz von Überspannungsschutzgeräten wird die Potentialdifferenz am zu schützenden Volumen auf ungefährliche Werte begrenzt. 9. Ex-zugelassene Reihenklemmen Reihenklemmen werden als bescheinigte Komponenten im explosionsgefährdeten Bereich eingesetzt. Sie finden Anwendung in Anschlussräumen von Ex-Betriebsmitteln. Damit ist der Einsatz in Zone 1 und 2 bei Gasen bzw. 21 und 22 bei Stäuben erlaubt. Die Anforderungen für den IP-Schutz werden entsprechend der jeweiligen Zündschutzart durch den Anschlussraum erfüllt. Die Bescheinigung von Komponenten dient als Grundlage zur Zertifizierung eines Gerätes oder Schutzsystems. Durch die Bescheinigungsnummer (Zusatz „U“ nach europäischer Norm) bzw. dem Zulassungszeichen (z. B. UL: Recognition Mark A) wird die Reihenklemme als Komponente ausgewiesen. Für Reihenklemmen der Zündschutzart Erhöhte Sicherheit besteht eine Kennzeichnungspflicht. Informationen zu den Details finden Sie auf Seite 14 unter dem Abschnitt „Komponenten“. Erhöhte Sicherheit Ex e Reihenklemmen müssen den Anforderungen für den Anschluss äußerer Leiter entsprechen. Die Grundlage für die Prüfung bilden die Normen für die erhöhte Sicherheit. Die wichtigsten Anforderungen für Reihenklemmen lassen sich wie folgt zusammenfassen: – Reihenklemmen für äußere Leitungen müssen reichlich bemessen sein. – Reihenklemmen müssen gegen Selbstlockern gesichert, befestigt und so ausgeführt sein, dass sich die Leitungen nicht lösen können. – Reihenklemmen müssen derart gestaltet sein, dass ein ausreichender Kontaktdruck sichergestellt ist, ohne das die Leitungen beschädigt werden. Das gilt insbesondere bei mehrdrähtigen(feindrähtigen Leitern, die in Klemmen für direkten Leiteranschluss verwendet werden. – Reihenklemmen müssen so ausgeführt sein, dass sich ihr Kontaktdruck durch einen Temperaturwechsel im normalen Betrieb praktisch nicht verändert. Es ist ausdrücklich untersagt, Isolierstoffteile für die Übertragung des Kontaktdruckes zu verwenden. – Reihenklemmen, die für den Anschluss mehrdrähtiger Leiter bestimmt sind, müssen mit einem elastischen Zwischenglied ausgestattet sein. Die technischen Daten für Reihenklemmen im Ex-Bereich werden durch die Baumusterprüfung festgelegt und in der Bescheinigung dokumentiert. Die grundlegenden Daten für die Anwendung von Reihenklemmen und Zubehör sind: – Arbeitsspannung, – Nennstrom, – anschließbare Leiterquerschnitte, – Einsatztemperaturbereich, – Temperaturklasse. X-Tipp Die Standard Reihenklemmen der Anschlussarten Schraub-, Zugfeder- und Schnellanschlusstechnik von Phoenix Contact sind weltweit für die Anwendungen im Ex-Bereich zugelassen. Weitere Informationen finden Sie unter: www.phoenixcontact.com Phoenix Contact 23 Eigensicherheit Ex i Bei der Zündschutzart Eigensicher werden an Leiteranschlüssen keine besonderen Anforderungen bezüglich gesicherter Schrauben, Lötverbindungen, Steckverbindungen usw. gestellt. Dies deshalb, weil in nachweislich eigensicheren Kreisen Strom, Spannung und Leistungswerte so gering sind, dass keine Explosionsgefahr besteht. Für passive Bauelemente wie z. B. Reihenklemmen und Steckverbinder sind keine speziellen Typprüfungen und Kennzeichnungen vorgesehen. Ex e und Ex i im gleichen Gehäuse In elektrischen Betriebsmitteln, wie z.B. Klemmenkästen, können sowohl eigensichere (Ex i) als auch Stromkreise der erhöhten Sicherheit (Ex e) kombiniert werden. Eine sichere mechanische und gegebenenfalls auch optische Trennung ist hier vorgeschrieben. Es muss dabei berücksichtigt werden, dass beim Lösen der Verdrahtung von der Reihenklemme einzelne Leiter nicht mit leitenden Teilen der jeweils anderen Stromkreise in Berührung kommen. Der Abstand zwischen den Reihenklemmen muss mindestens 50 mm betragen. Luftstrecke durch Trennplatte zwischen eigensicheren und anderen Stromkreisen Zur deutlichen Kennzeichnung von eigensicheren Stromkreisen ist die blaue Einfärbung der Klemmengehäuse üblich. Aus diesem Grund sind fast alle Reihenklemmen von Phoenix Contact auch in blauen Isoliergehäusen lieferbar. Strenge Anforderungen werden an die Luftstrecken zwischen benachbarten Klemmen und zwischen Klemmen und geerdeten Metallteilen gestellt. Die Luftstrecke zwischen den äußeren Anschlüssen von zwei benachbarten eigensicheren Stromkreisen muss mindestens 6 mm betragen. Die Mindestluftstrecke zwischen nicht isolierten Anschlüssen und geerdeten Metall- oder anderen leitenden Teilen braucht dagegen nur 3 mm zu betragen. Luft- und Kriechstrecken, sowie Abstände durch feste Isolierung sind z. B. in der EN 50 020, Abschnitt 6.3 und Tabelle 4 festgelegt. X-Tipp Phoenix Contact dokumentiert in den Datenblättern nicht nur Informationen für die Zündschutzart Erhöhte Sicherheit, sondern auch für die Eigensicherheit. 24 Phoenix Contact Hierbei sind auch die üblichen Verdrahtungsverfahren zu beachten, damit eine Berührung zwischen den Stromkreisen auch dann, wenn sich ein Leiter löst, unwahrscheinlich wird. In Schaltschränken mit einer höheren Verdrahtungsdichte wird diese Trennung durch entweder isolierende oder geerdete metallische Trennwände erreicht. Auch hierbei muss der Abstand zwischen eigensicheren und nicht eigensicheren Stromkreisen 50 mm betragen. Gemessen wird dabei in alle Richtungen um die Trennwand. Der Abstand darf geringer sein, wenn die Trennwände bis mindestens 1,5 mm an die Gehäusewand heranreichen. Metallische Trennwände müssen geerdet sein und eine genügende Festigkeit und Steifigkeit besitzen. Metallische Trennwände müssen mindestens 0,45 mm dick sein, nichtmetallische isolierende Trennwände müssen mindestens 0,9 mm dick sein. Die Ex e-Stromkreise müssen im Gehäuse zusätzlich durch eine Abdeckung (mindestens IP30) geschützt sein, wenn während des Betriebes der Deckel geöffnet werden darf. Ansonsten ist das Öffnen nur zulässig, wenn die Ex e-Stromkreise abgeschaltet sind. Entsprechende Warnschilder sind anzubringen. Auch bei mehreren Tragschienen müssen Luftstrecken zu eigensicheren und anderen Stromkreisen eingehalten werden Trennplatte zwischen Tragschiene, um Luftstrecke zu gewährleisten 10. Kabel-/Leitungseinführung und Conduit-Systeme Weltweit finden zwei Installationstechniken Anwendung. In Europa sind Kabel-/Leitungseinführungen in den Zündschutzarten Druckfeste Kapselung oder Erhöhte Sicherheit am weitesten verbreitet. In den USA und Kanada wird traditionell das Rohrleitungssystem (Conduit System) eingesetzt. Leitungen (Einzeladern) Vergussmasse Mineralfaserwolle (asbestfrei) Kabel-/Leitungseinführung Die Kabel-/Leitungseinführungen sind entweder in der Zündschutzarten Druckfeste Kapselung ausgeführt. Diese ist zünddurchschlagsicher und wird in Verbindung mit druckfest gekapselten Gehäusen verwendet. Ansonsten sind Ausführungen in der Zündschutzart Erhöhte Sicherheit anzutreffen. Dabei erfüllt die Kabel-/Leitungseinführungen die Anforderungen an den IP-Schutz. Diese werden in Verbindung mit Gehäusen der Zündschutzart Erhöhter Sicherheit verwendet. Leitungsschutzrohr (Ex d) Zündsperre (seal) Kabelsystem mit direkter Einführung Rohrleitungssystem (Conduit-System) In den USA wird insbesondere Wert auf hohen mechanischen Schutz der Kabel/Leitungen gelegt. Daher hat sich bisher das Rohrleitungssystem in den USA stark verbreitet. Vergleich Kabel-/Leitungseinführung mit Rohrleitungssystem Im Vergleich mit den Kabel-/Leitungseinführungen sind die Nachteile des Rohrleitungssystems in der aufwendigen Montage zu sehen. Wird die Zündsperre nicht ordentlich vergossen, so kann der Schutz nicht gewährleistet werden. Die Kabel-/Leitungseinführung hingegen ist so aufgebaut, dass die Montage unabhängig von dem jeweiligen Monteur ist. Bei der Installation ist zudem die Lage der Öffnung für die Vergussmasse entscheidend. Zudem kann sich in Rohrleitungssystemen sehr leicht Kondenswasser bilden. Dadurch können durch Korrosion Erd- und Kurzschlüsse entstehen. Kabelsystem mit indirekter Einführung Rohrleitungssystem (Conduit System) Phoenix Contact 25 11. IP-Schutzart, NEMA-Klassifikation IP5 4 IP-Schutzart Erste Kennziffer Schutzgrade gegen Zugang zu gefährlichen Teilen und feste Fremdkörper Kurzbeschreibung Definition 0 Nicht geschützt 1 Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit dem Handrücken. Geschützt gegen feste Fremdkörper 50 mm Durchmesser und größer. Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Finger. Geschützt gegen feste Fremdkörper 12,5 mm Durchmesser und größer. Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Werkzeug. Geschützt gegen feste Fremdkörper 2,5 mm Durchmesser und größer. Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Draht. Geschützt gegen feste Fremdkörper 1,0 mm Durchmesser und größer. Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Draht. Staubgeschützt 2 3 4 5 6 Zweite Kennziffer Geschützt gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen mit einem Draht. Staubdicht Die Zugangssonde, Kugel 50 mm Durchmesser, muss ausreichenden Abstand von gefährlichen Teilen haben. Die Objektsonde, Kugel 50 mm Durchmesser, darf nicht voll eindringen 1). Kurzbeschreibung Definition 0 Nicht geschützt 1 Geschützt gegen Tropfwasser. Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädlichen Wirkungen haben. 2 Geschützt gegen Tropfwasser, wenn das Gehäuse bis zu 15° geneigt ist. Geschützt gegen Sprühwasser. Senkrecht fallende Tropfen dürfen keine schädlichen Wirkungen haben, wenn das Gehäuse um einen Winkel bis zu 15º beiderseits der Senkrechten geneigt ist. Wasser, das in einem Winkel bis zu 60º beiderseits der Senkrechten gesprüht wird, darf keine schädlichen Wirkungen haben. Wasser, das aus jeder Richtung gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben. Der gegliederte Prüffinger, 12 mm Durchmesser, 3 80 mm Länge, muss ausreichend Abstand von gefährlichen Teilen haben. Die Objektsonde, Kugel 12,5 mm Durchmesser, darf 4 nicht voll eindringen 1). Die Zugangssonde, 2,5 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. Schutzgrad gegen Wasser Geschützt gegen Spritzwasser. 4K Geschützt gegen Spritzwasser mit erhöhtem Druck. Wasser, das aus jeder Richtung mit erhöhtem Druck gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben. (gilt nach DIN 40 050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge) Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. 5 Geschützt gegen Strahlwasser. Die Objektsonde, 1,0 mm Durchmesser, darf überhaupt nicht eindringen 1) 6 Geschützt gegen starkes Strahlwasser. Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. 6K Geschützt gegen starkes Strahlwasser mit erhöhtem Druck. Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben. Wasser, das aus jeder Richtung als starker Strahl gegen das Gehäuse spritzt, darf keine schädlichen Wirkungen haben. Wasser, das aus jeder Richtung als Strahl mit erhöhtem Druck gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungen haben. (gilt nach DIN 40050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge) 7 Geschützt gegen die Wirkungen beim zeitweiligen Untertauchen in Wasser. Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse unter genormten Druck- und Zeitbedingungen zeitweilig in Wasser untergetaucht ist. 8 Geschützt gegen die Wirkungen beim dauernden Untertauchen in Wasser. Wasser darf nicht in einer Menge eintreten, die schädliche Wirkungen verursacht, wenn das Gehäuse dauernd unter Wasser getaucht ist unter Bedingungen, die zwischen Hersteller und Anwender vereinbart werden müssen. Die Bedingungen müssen jedoch schwieriger sein als für die Kennziffer 7 9K Geschützt gegen Wasser bei Hochdruck- / DampfstrahlReinigung. Wasser, das aus jeder Richtung unter stark erhöhtem Druck gegen das Gehäuse gerichtet ist, darf keine schädlichen Wirkungen haben. (gilt nach DIN 40 050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge) Die Objektsonde, 2,5 mm Durchmesser, darf überhaupt nicht eindringen 1). Eindringen von Staub ist nicht vollständig verhindert, aber Staub darf nicht in einer solchen Menge eindringen, dass das zufriedenstellende Arbeiten des Gerätes oder die Sicherheit beeinträchtigt wird. Die Zugangssonde, 1,0 mm Durchmesser, darf nicht eindringen. Kein Eindringen von Staub. 1) Der volle Durchmesser der Objektsonde darf nicht durch eine Öffnung des Gehäuses hindurchdringen. Anmerkung Wo eine Kennziffer nicht angegeben werden muss, ist sie durch den Buchstaben „X“ zu ersetzen. Geräte, die mit der zweiten Ziffer 7 oder 8 bezeichnet sind, brauchen die Anforderungen der zweiten Ziffern 5 oder 6 nicht zu erfüllen, es sei denn, sie sind mit einer Doppelbezeichnung (z.B. IPX6/IPX7) versehen. Für IPX8 werden keine Bedingungen genannt. Der Hersteller kann die Bedingungen festlegen. NEMA-Klassifikation NEMA Verwendung Bedingung (angelehnt an NEMA-Standard 250) IP-Schutzart* 1 In Innenräumen Schutz gegen zufälligen Kontakt, begrenzte Menge Schmutz IP20 2 In Innenräumen Eindringen von Tropfwasser und Schmutz 3 Im Freien Schutz gegen Staub, Regen; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse IP64 3R Im Freien Schutz gegen fallenden Regen; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse IP22 3S Im Freien Schutz gegen Staub, Regen und Hagel; außenliegende Mechanismen bleiben bei Eisbildung betriebsbereit IP64 4 Schutz gegen Spritzwasser, Staub, Regen; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse IP66 Schutz gegen Spritzwasser, Staub, Regen; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse; korrosionsgeschützt IP66 Schutz gegen Staub, Wasserstrahl und Wasser während vorübergehenden Untertauchens; keine Beschädigung bei Eisbildung am Gehäuse Schutz gegen Wasser während längeren Untertauchens; korrosionsgeschützt IP67 11 In Innenräumen oder im Freien In Innenräumen oder im Freien In Innenräumen oder im Freien In Innenräumen oder im Freien In Innenräumen Schutz gegen Tropfwasser; korrosionsgeschützt 12, 12K In Innenräumen Schutz gegen Staub, Tropfwasser IP55 13 In Innenräumen Schutz gegen Staub und Spritzwasser, Öl und nichtkorrodierende Flüssigkeiten IP65 4x 6 6P Wichtige Hinweise: • Die Prüfbedingungen und Anforderungen von NEMA-Klassifikation und IP-Schutz (EN 60 529) sind nicht exakt miteinander vergleichbar. • Es können nicht IP-Schutzarten in NEMA-Klassifikationen umgewandelt werden. 26 Phoenix Contact 12. Was ist NAMUR? Unter dem Begriff NAMUR (Normen Arbeitsgemeinschaft für Mess- und Regeltechnik) werden Näherungssensoren zusammengefasst. Der Sensortyp ist ideal geeignet für eigensichere Stromkreise. NAMUR-Sensor Der Näherungssensor besitzt einen veränderlichen Innenwiderstand. Betrieben werden diese mit einer zweiadrigen Verbindungsleitung, die mit dem Steuereingang eines Schaltverstärkers verbunden wird. Der Sensor ist gesperrt, wenn der Wert unter 1,2 mA und geöffnet bei einem Wert über 2,1 mA liegt. Innerhalb dieser Grenzen ist ein unzulässiger Zustand. Daher ist sichergestellt, dass eindeutige Zustände erreicht werden. Einteilung von Nährungsschaltern 1. Stelle/ 1 Zeichen Erfassungsart I = induktiv 2. Stelle/ 1 Zeichen 3. Stelle/ 3 Zeichen Mechanische Einbaubedingungen 1 = bündig einbaubar C = kapazitiv U = Ultraschall D = photoelektrisch diffus reflektiertes Lichtbündel 2 = nicht bündig einbaubar 3 = nicht festgelegt 4. Stelle/ 1 Zeichen 5. Stelle/ 1 Zeichen 6. Stelle/ 1 Zeichen 8. Stelle/ 1 Zeichen Bauform und Größe Schaltelementfunktion Ausgangsart Anschlussart NAMURFunktion FORM (1 Großbuchstabe) A = Schließer D = 2 Anschlüsse DC S = andere 1 = integrierte Anschlussleitung N = NAMURFunktion A = zylindrische Gewindehülse B = glatte zylindrische Hülse B = Öffner 2 =Steckanschluss P = programmierbar durch Anwender 3 = Schraubanschluss S = andere 9 = andere R = photoelektrisch reflektiertes Lichtbündel C = rechteckig mit quadratischem Querschnitt T = photoelektrisch direktes Lichtbündel D = rechteckig mit rechteckigem Querschnitt GRÖSSE (2 Ziffern) für Durchmesser oder Seitenlänge Anmerkung: Diese Tabelle ist eine Erweiterung der Tabelle 1 von EN 60 947-5-2 (früher DIN 19 237). NAMUR-Sensor Sicherer Bereich EX SPS + 13 – 14 +- -+ -+ UB+ NAMUR-Sensor im Feld UB- Schaltwegdifferenz Schaltungsaufbau mit einem NAMUR-Sensor im Ex-Bereich. Schaltstromdifferenz 2,1 ∆I 1 2 I 1 1,2 ∆s 0 Abstand S Beispiel einer stetigen Kennlinie eines Näherungssensors 3 mA 2,1 NAMUR-Schaltverstärker Bei den NAMUR-Schaltverstärkern können folgende Signale und Eigenschaften des NAMUR-Sensors ausgewertet werden: a Ansprechbereich für Änderung des Schaltzustandes ∆I1: 1,2 mA bis 2,1 mA, b Ansprechbereich für Unterbrechung im Steuerstromkreis ∆I1: 0,05 mA bis 0,35 mA, c Überwachungsbereich für Unterbrechung I ≤ 0,05 mA, d Ansprechbereich für Kurzschluss im Steuerkreis ∆R: 100 Ω bis 360 Ω, e Überwachungsbereich für Kurzschluss R ≤ 100 Ω. U V c 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 b a R= d 360 Ω Ω R = 100 e 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 ∆I1 I / mA Steuereingang des NAMUR-Schaltverstärkers ∆I 1 2 Netzspannung 24 V PI-EX-NAM/RNO-NE Schaltpunkte 3 mA UB+ UB– I 1 1,2 ∆s 0 Abstand S Beispiel einer nichtstetigen Kennlinie eines Näherungssensors Phoenix Contact 27 13. Smartfähige Geräte In der Prozessindustrie muss für eine große Anzahl von analogen Feldgeräten bei der Inbetriebnahme und Wartung, aber auch während des laufenden Betriebes, eine Konfiguration durchgeführt bzw. Diagnose-Daten ermittelt werden. Um eine solche Kommunikation zum Feldgerät zu ermöglichen, werden dem analogen Signal digitale Informationen überlagert. Dazu müssen alle beteiligten Geräte "Smart"-fähig sein. In der Praxis hat sich für diese Art der Kommunikation das HART-Protokoll durchgesetzt. Da diese Technologie die zur Zeit am weitesten verbreitete Technologie ist und als "Defakto"-Standard gilt, soll anhand dieser Technologie die "Smart"-Thematik erläutert werden. Bei dem HART-Protokoll wird die Übertragung der digitalen Information mit Hilfe der Frequenzumtastung (FSK – Frequency Shift Keying) auf das analoge 4-20 mA Signal aufmoduliert. Grundsätzlich wird zwischen zwei möglichen Betriebsarten unterschieden: Dem "Punkt-zu-Punkt"-Betrieb, mit der Kommunikation nur zu einem im 4-20 mA Stromkreis angeschlossenen Feldgerät und dem "Multi-Drop"-Betrieb, in dem bis zu 15 Feldgeräte in dem Stromkreis parallel geschaltet werden können. Diese beiden Betriebsarten unterscheiden sich im wesentlichen dadurch, dass im „Punkt-zu-Punkt“-Betrieb das analoge 4-20 mA Signal wie gewohnt weiter genutzt werden kann und das gewünschte Prozesssignal überträgt. Dabei können aber zusätzliche Daten in digitaler Form übertragen werden. Beim „Multi-Drop“-Betrieb wird im Feldgerät ein Stromsignal von 4 mA als Träger-Medium genutzt, um die ausschließlich digitalen Informationen von und zu den angeschlossenen Feldgeräten weiter zu leiten. 28 Phoenix Contact Analoges Signal überlagert von digitalem HART-Signal Der Anschluss der Geräte ist sowohl im Punkt-zu-Punkt-Betrieb als auch im MultiDrop-Betrieb (mit bis zu 15 Teilnehmern parallel) möglich. Beim Punkt-zu-Punkt-Betrieb steht das 4...20 mA Signal wie gewohnt weiter als Prozesssignale zur Verfügung. Für den Multi-Drop-Betrieb wird ein eingeprägter Mindeststrom von 4 mA für das analoge Signal benötigt. Aufbau mit HART-Signaleinspeisung Je nach physikalischem Aufbau kann auch die Steuerungsebene die HART-Kommunikation nutzen, um aus der Steuerung heraus Einfluss auf das Feldgerät (Sollwert, MessSicherer Bereich EX Smart Transmitter EEx ia ϑ 1.2 - 2.2 kHz i I Digitales Signal Speisetrenner [EEx ia] i 4-20 mA 20 mA Hz 2200 "0" Hz 1200 "1" z 1200 H "1" 2200 Hz "0" 2200 Hz "0" HART-Konfigurationsgerät Analoges Signal 4 mA t Mit Hilfe der zusätzlichen digitalen Signale lassen sich auf diesem Kommunikationsweg Diagnosen als auch Konfigurationen von HART-fähigen Feldgeräten in der Anlage durchführen. Dabei kommt es aber auf die technische Infrastruktur der Installation der Anlage an, mit welchem Hilfsmittel diese Funktionalität genutzt wird. Mit Hilfe eines Handheld-Gerätes lassen sich direkt im Feld, als auch an den Klemmen der Interface-Geräte, die Diagnosen und Konfigurationen der Feldgeräte durchführen. Werden die HART-Informationen mittels HART-Multiplexern oder über E/A-Module der Steuerungsebene an übergeordnete Engineering-Werkzeuge weitergeleitet, dann können diese z.B. auch von Asset Management Systemen genutzt werden. Asset Management Systeme bieten die Möglichkeit, Konfigurations- und Diagnosefunktionen auch automatisch durchzuführen und darüber hinaus den technischen Rahmen zur Archivierung der Feldgerätedaten (z.B. Einstellparameter etc.). bereichsänderung etc.) zu nehmen oder zusätzliche Information (z.B. Prozesssignale) abzufragen. In der letzten Zeit findet diese Nutzung der HART-Informationen immer mehr Anwendungen. Wie in den normalen Installation (ohne HART-Kommunikation) auch, stellen Interface-Geräte die Schnittstelle zwischen den Feldgeräten (Sensoren und Aktoren) und der E/A-Ebene der Steuerung dar. Um die auf dem analogen 4-20 mA Signal aufmodulierten Informationen sicher und ohne Störung übertragen zu können, müssen die dazu eingesetzten Interface-Geräte "Smart"-fähig sein. Das heißt, im Betrieb dürfen keine Einwirkungen auf das HART-Signal, z.B. durch Filter, auftreten. Bei Interface-Geräten zur Signalanpassung mit galvanischer Trennung oder ExTrennung etc., wird das HART-Signal im Interface-Gerät ausgekoppelt und separat übertragen. Andernfalls würde die Information durch diese Geräte nicht weitergegeben werden können. Darüber hinaus ist auch die angeschlossene Bürde im Stromkreis zu berücksichtigen. 14. Installationsbeispiele Analog IN / OUT Digital IN / OUT Temperatur Phoenix Contact 29 Analog IN Funktion Die Geräte übertragen analoge Signale von Sensoren aus dem Feld durch galvanische Trennung an eine Steuerung. Eingangstrenner: Der Sensor im Feld wird nicht mit Energie versorgt. Feldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der zugeordneten Zone X II 1 G EEx ia IIB T6 Zündschutzart ist in der zugeordneten Zone zulässig X II 1 G EEx ia IIB T6 Das Gas ist in der zugeordneten Gruppe und für die Temperaturklasse zulässig Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches gekennzeichnet X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels erfüllt mindestens die Kategorie des Feldgerätes Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels ist passend für das Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel ist für die Gasgruppe des Feldgeräts geeignet (gleich- oder höherwertig) X II 1 G EEx ia IIB T6 Speisetrenner: Stellt dem Sensor zusätzlich die benötigte Energie zur Verfügung. Beispiel einer Schaltung X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC Sicherer Bereich EX P Or S M d .Nr. -M : 27 E 44 -R 42 S 9 2 32 /R S 48 5-P Smart-Speisetrenner: Zusätzlich aufmoduliertes digitales Datensignal wird übertragen. X II 1 G EEx ia IIB T6 Zugehöriges Betriebsmittel 32 D (A R S2 Hinweis: Der Betreiber legt auf Grund der durchgeführten Risikoanalyse die Zone, die Gruppe und die Temperaturklasse für das Feldgerät fest. ) 85 ) R S4 R (B 6 R (A ) D (B D ) GN SPS Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-EX-ME-RPSS-I/I X II (1) GD [EEx ia] IIC X II 1 G EEx ia IIB T6 Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) Feldgerät 30 Phoenix Contact Kabel/Leitung Zugehöriges Betriebsmittel Beispiel PI-Ex-ME-RPSS-I/I Ui ≥ Uo 28 V Ii ≥ Io 93 mA Pi ≥ Po 0,65 W IIB = 650 nF IIC = 83 nF IIB = 14 mH IIC = 2 mH Ci + Cc ≤ Co Li + Lc ≤ Lo Kategorie des Feldgerätes entspricht der zugeordneten Zone X II 1 G EEx ia IIB T6 Zündschutzart ist in der zugeordneten Zone zulässig X II 1 G EEx ia IIB T6 Das Gas ist in der zugeordneten Gruppe und für die Temperaturklasse zulässig Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches gekennzeichnet X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels erfüllt mindestens die Kategorie des Feldgerätes Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels ist passend für das Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel ist für die Gasgruppe des Feldgeräts geeignet (gleich- oder höherwertig) X II 1 G EEx ia IIB T6 X II 1 G EEx ia IIB T6 Beispiel einer Schaltung X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC Sicherer Bereich S 48 5-P EX /R Hinweis: Der Betreiber legt auf Grund der durchgeführten Risikoanalyse die Zone, die Gruppe und die Temperaturklasse für das Feldgerät fest. X II 1 G EEx ia IIB T6 Zugehöriges Betriebsmittel 32 Ausgangstrenner Der Ausgangstrenner kann auch smartfähig sein. Somit können Aktoren im Feld durch HART-Protokoll konfiguriert werden. Bewertung der Ex-Kennzeichnung P Funktion Die Geräte übertragen analoge Signale von einer Steuerung durch galvanische Trennung an einen Aktor im Feld. Feldgerät Or S M d .Nr. -M : 27 E 44 -R 42 S 9 2 Analog OUT 32 D (A R S2 ) 85 ) R S4 R (B 6 R (A ) D (B D ) GN SPS Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-EX-ME-ID-I/I X II (1) GD [EEx ia] IIC X II 1 G EEx ia IIB T6 Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) Feldgerät Kabel/Leitung Zugehöriges Betriebsmittel Beispiel PI-Ex-ME-ID-I-I Ui ≥ Uo 12,6 V Ii ≥ Io 87 mA Pi ≥ Po 0,67 W IIB = 830 nF IIC = 250 nF IIB = 4,5 mH IIC = 1,2 mH Ci + Cc ≤ Co Li + Lc ≤ Lo Phoenix Contact 31 Digital IN NAMUR-Schaltverstärker Die Geräte übertragen digitale Signale von Sensoren aus dem Feld durch galvanische Trennung an die Steuerung. Das Signal wird auf der Steuerungsseite entweder durch ein Relais oder durch einen Transistor als digitales Signal an die Steuerung weitergegeben. Dieses Signal wird zum einen von einem Schalter oder von einem NAMUR-Sensor erzeugt. Bei Schaltern gibt es die Möglichkeit, durch eine zusätzliche Widerstandsbeschaltung zugleich die Drahtbrucherkennung zu realisieren. Feldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der zugeordneten Zone X II 1 G EEx ia IIB T6 Zündschutzart ist in der zugeordneten Zone zulässig X II 1 G EEx ia IIB T6 Das Gas ist in der zugeordneten Gruppe und für die Temperaturklasse zulässig Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches gekennzeichnet X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels erfüllt mindestens die Kategorie des Feldgerätes Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels ist passend für das Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel ist für die Gasgruppe des Feldgeräts geeignet (gleich- oder höherwertig) X II 1 G EEx ia IIB T6 X II 1 G EEx ia IIB T6 Beispiel einer Schaltung Zugehöriges Betriebsmittel X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC Sicherer Bereich P ) 85 ) R S4 R (B 6 R (A ) D (B D ) GN 3 32 3 D (A 1 R S2 1 Or S M d .Nr. -M : 27 E 44 -R 42 S 9 2 32 /R S 48 5-P EX SPS mit Drahtbrucherkennung ohne Drahtbrucherkennung Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-Ex-ME-2NAM/COC-24VDC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II 1 G EEx ia IIB T6 Über den Widerstand wird gewährleistet, dass ein minimaler Strom ständig fließt, auch wenn der Schalter geöffnet ist. So kann der Leitungsbruch identifiziert werden. Hinweis Der Betreiber legt auf Grund der durchgeführten Risikoanalyse die Zone, die Gruppe und die Temperaturklasse für das Feldgerät fest. 32 Phoenix Contact Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) Feldgerät Kabel/Leitung Zugehöriges Betriebsmittel Beispiel Ui passiv laut EN 50 020 ≥ Uo 10,5 V Ii passiv laut EN 50 020 ≥ Io 26 mA Pi passiv laut EN 50 020 ≥ Po 0,67 W IIB 16,8 µF IIC 2,41 µF IIB 160 mH IIC 45 mH Ci + Cc ≤ Co Li + Lc ≤ Lo Digital OUT Ventilsteuerbaustein Die Ventilsteuerbausteine PI-Ex-… verbinden einen im sicheren Bereich installierten Schalter bzw. eine Spannungsquelle mit einem im Ex-Bereich befindlichen Gerät. Es können eigensichere Magnetventile, Alarmbausteine oder andere eigensichere Geräte angeschlossen sowie einfache elektrische Betriebsmittel wie z. B. LEDs betrieben werden. Dimensionierung Feldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der zugeordneten Zone X II 1 G EEx ia IIB T6 Zündschutzart ist in der zugeordneten Zone zulässig X II 1 G EEx ia IIB T6 Das Gas ist in der zugeordneten Gruppe und für die Temperaturklasse zulässig Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches gekennzeichnet X II 1 G EEx ia IIB T6 X II 1 G EEx ia IIB T6 X II 1 G EEx ia IIB T6 Zugehöriges Betriebsmittel Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels erfüllt mindestens die Kategorie des Feldgerätes Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels ist passend für das Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel ist für die Gasgruppe des Feldgeräts geeignet (gleich- oder höherwertig) Beispiel einer Schaltung X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC Sicherer Bereich EX RC ISV Magnetventil Ventiltrenner UV R IV PW Ri R SV U SV UB + UB - SPS Ri = Innenwiderstand des Ventiltrenners UV = Garantierte Spannung des Ventiltrenners ohne Last RC = Maximal zulässiger Leitungswiderstand bei der Zusammenschaltung von Ventiltrenner und Ventil RSV = Wirksamer Spulenwiderstand des Magnetventils (Der Kupferwiderstand der Wicklung ist von der Umgebungstemperatur abhängig) IV = Maximaler Strom, den der Ventiltrenner liefern kann ISV = Strom, den die Magnetspule benötigt, damit das Ventil anziehen kann bzw. gehalten werden kann USV = Spannung, die bei ISP an der Spule anliegt (Kupferwiderstand der Wicklung ist von der Umgebungstemperatur abhängig) Eigensicheres Betriebsmittel Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-Ex-SD/22/45-C X II (1) GD [EEx ia] IIC X II 1 G EEx ia IIB T6 Beispiel für Ventilsteuerbausteine PI-Ex-SD/22/45-C Prüfung der Ex-Daten Ventiltrenner E[Ex ia] IIC, Uo = 25 V, Io = 147 mA, Po = 0,92 W Ventil EEx ia IIC, Ui = 25 V, Ii = 150 mA, Pi = 2,1 W Daraus folgt die Ex-Daten passen Ui ≥ Uo, Ii ≥ Io, Pi ≥ Po Ermittlung von RC RC= UV ISV - Ri - RSV = 21,4 V 0,023 A - 566 Ω - 190 Ω = 174,4 Ω Aus der Berechnung ergibt sich, dass für die Leitung ein Widerstand von 174 Ω zur Verfügung steht. Wenn bei der Berechnung ein negativer Widerstand erscheint, ist die Funktion nicht gewährleistet. Prüfung der Funktionsdaten Ventiltrenner UV = 21,4 V, Ri = 190 Ω, IV = 45 mA Ventil RSV 65 °C = 566 Ω, ISV = 23 mA Daraus folgt die Ströme passen IV ≥ ISV Die Dimensionierung erfolgt in mehreren Schritten. 1. Prüfung der sicherheitstechnischen Daten (Ex-Daten) Ui ≥ Uo Ii ≥ Io Pi ≥ Po 2. Prüfung der Funktionsdaten Iv ≥ Isv Richtwert für Kabel / Leitungen Kabelkapazität 0,5 mm2: 0,75 mm2: 1,5 mm2: ca. 0,8 nF/km Kabelinduktivität ca. 180 mH/km Leiterwiderstand (Hin- / Rückleitung) 72 Ω/km 48 Ω/km 24 Ω/km Hinweis Der Betreiber legt auf Grund der durchgeführten Risikoanalyse die Zone, die Gruppe und die Temperaturklasse für das Feldgerät fest. 3. Ermittlung des max. zulässigen Leitungswiderstands RC = UV ISV - Ri - RSV RC > 0 Ω, ansonsten ist die Funktion nicht gewährleistet. Phoenix Contact 33 Temperaturmessung Sicherer Bereich R Temperaturmessumformer Temperaturmessumformer wandeln Messsignale von veränderlichen Widerständen (Pt100 usw.) oder Thermoelementen (z.B. J, K) in Standardsignale 0…20 mA, 4…20 mA um. Bei Pt100-Widerständen kann die 2-, 3-, oder 4-Leiter-Messtechnik Anwendung finden. Fall I EX PW Temperatur ϑ Pt100 UB + UB - SPS Fall II R 3-Leiter lange Kabel / Leitungen 4-Leiter lange Kabel / Leitungen Pt100 Temperaturmessung Die Temperatur im Inneren eines Heizöltanks soll überwacht werden. Die Messung erfolgt mit einem Pt100-Widerstand. Dieser wird in der Norm EN 50 020 als einfaches elektrisches Betriebsmittel definiert. Der Widerstand ist passiv. Um das Mess-Signal in ein Standardsignal für die Steuerung umzusetzen, gibt es zwei Möglichkeiten. Feldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der zugeordneten Zone X II 1 G EEx ia IIB T6 Zündschutzart ist in der zugeordneten Zone zulässig X II 1 G EEx ia IIB T6 Das Gas ist in der zugeordneten Gruppe und für die Temperaturklasse zulässig Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches gekennzeichnet Sensorsignal wird in einem eigensicheren Temperaturmessumformer in ein Standardsignal gewandelt. Die Trennung des eigensicheren und nichteigensicheren Stromkreises erfolgt im separaten Gerät. X II 1 G EEx ia IIB T6 Beispiel einer Schaltung Fall I Das Messsignal von dem Pt100-Widerstand über eine Signalleitung zu dem Temperaturmessumformer PI-Ex-RTD-I geführt. Im Messumformer wird das Temperatursignal in ein Standardsignal gewandelt und gleichzeitig erfolgt die Trennung zwischen eigen- und nichteigensicherem Stromkreis. Der Messumformer ist ein zugehöriges Betriebsmittel der Zündschutzart Eigensicherheit EEx ia. Er wird in einem Schaltschrank im sicheren Bereich installiert. In diesem Fall erfordert die Schaltung keinen weiteren Aufwand bei der elektrischen Dimensionierung. 34 Phoenix Contact X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC Sicherer Bereich EX ϑ Hinweis Der Betreiber legt auf Grund der durchgeführten Risikoanalyse die Zone, die Gruppe und die Temperaturklasse für das Feldgerät fest. Zugehöriges Betriebsmittel Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels erfüllt mindestens die Kategorie des Feldgerätes Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels ist passend für das Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel ist für die Gasgruppe des Feldgeräts geeignet (gleich- oder höherwertig) R Fall II - SPS X II 1 G EEx ia IIB T6 Sensorsignal wird im Temperaturmessumformer in ein nichteigensicheres Standardsignal umgewandelt. + UB ϑ X II 1 G EEx ia IIB T6 Fall I UB PW kurze Kabel / Leitungen PW 2-Leiter UB + UB - SPS Eigensicheres Betriebsmittel Pt100 2-Leiteranschluss X II 1 G EEx ia IIB T6 Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-Ex-RTD-I X II (1) GD [EEx ia] IIC Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) Pt100-Widerstand Kabel/Leitung passiv laut EN 50 020 Zugehöriges Betriebsmittel −− Uo Beispiel PI-Ex-RTD-I 2-Leiter 3-Leiter 1,1 V 6,6 V −− Io 4 mA 27 mA −− Po 1 mW 50 mW IIA = 1000 µF IIB = 500 µF IIC = 22 µF IIA = 363,7 mH IIB = 178,4 mH IIC = 48,7 mH + Cc < Co + Lc < Lo Beispiel einer Schaltung Sicherer Bereich EX Hinweis: Zugehöriges elektrisches Betriebsmittel notwendig. ϑ Eigensicheres Betriebsmittel Pt100 2-Leiteranschluss X II 1 G EEx ia IIB T6 Eigensicheres Betriebsmittel MCR-FL-HT-TS-I-Ex X II 1 G EEx ia IIB T6 Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) Pt100-Widerstand Kabel/Leitung Elektrisches Betriebsmittel Beispiel MCR-FL-HT-TS-I-Ex Uo Ui = 30 V −− Io Ii = 100 mA −− Po Pi = 750 mW −− passiv laut EN 50 020 + Cc < Co Ci ≈ 0 + Lc < Lo Li ≈ 0 Feldgerät Bewertung der Ex-Kennzeichnung X II 1 G EEx ia IIB T6 Kategorie des Feldgerätes entspricht der zugeordneten Zone X II 1 G EEx ia IIB T6 Zündschutzart ist in der zugeordneten Zone zulässig X II 1 G EEx ia IIB T6 Das Gas ist in der zugeordneten Gruppe und für die Temperaturklasse zulässig Zugehöriges Betriebsmittel ist als solches gekennzeichnet X II 1 G EEx ia IIB T6 Zugehöriges Betriebsmittel Kategorie des zugehörigen Betriebsmittels erfüllt mindestens die Kategorie des Feldgerätes Zündschutzart des zugehörigen Betriebsmittels ist passend für das Feldgerät Zugehöriges Betriebsmittel ist für die Gasgruppe des Feldgeräts geeignet (gleich- oder höherwertig) X II 1 G EEx ia IIB T6 X II 1 G EEx ia IIB T6 Beispiel einer Schaltung X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC X II (1) GD [EEx ia] IIC Sicherer Bereich EX PW R Fall II Im zweiten Fall findet die Umwandlung des Temperatursignals in ein Standardsignal in der Nähe der Mess-Stelle, also im explosionsgefährdeten Bereich statt. Dazu wird der Temperatur-Kopfmessumformer MCR-FLHT-TS-I-Ex verwendet. Das Standardsignal wird dann zu dem Speisetrenner PI-ExRPSS-I/I geleitet. Dieser wird im sicheren Bereich installiert. Im Speisetrenner erfolgt die Trennung zwischen eigen- und nichteigensicherem Stromkreis. Bezogen auf den Pt100-Widerstand und den Kopfmessumformer sind, wie im ersten Fall, keine besonderen Bedingungen einzuhalten. Zu vergleichen sind die sicherheitsrelevanten Daten des elektrischen Betriebsmittels, des Temperatur-Kopfmessumformers und des Speisetrenners als zugehöriges Betriebsmittel. Die in den Ex-Bereich führende Spannung, Strom und Energie des Speisetrenners müssen kleiner sein, als die von dem Temperatur-Kopfmessumformer zugelassenen Eingangswerte. Zusätzlich ist zu prüfen, ob die Summe aller Kapazitäten und Induktivitäten im eigensicheren Stromkreis die von dem Speisetrenner vorgegebenen Daten nicht überschreitet. Dazu gehören auch die technischen Daten von Kabeln und Leitungen des eigensicheren Stromkreises. UB + UB - SPS Eigensicheres Betriebsmittel MCR-FL-HT-TS-I-Ex X II 1 G EEx ia IIB T6 Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-Ex-RPSS-I/I X II (1) GD [EEx ia] IIC Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) MCR-FL-HT-TS-I-Ex Kabel/Leitung Zugehöriges Betriebsmittel Beispiel PI-Ex-RPSS-I/I Ui = 30 V > Uo 28 V Ii = 100 mA > Io 93 mA Pi = 750 mW > Po 650 mW IIA = 2,150 µF IIB = 0,650 µF IIC = 0,083 µF IIA = 36,02 mH IIB = 17,72 mH IIC = 4,30 mH Ci ≈ 0 + Cc < Co Li ≈ 0 + Lc < Lo Phoenix Contact 35 Einsatz in USA Am Beispiel eines zugehörigen Betriebsmittels für Analog IN-Signale zeigen sich die Unterschiede zwischen dem nordamerikanischen System für Hazardous Lokations und dem europäischem System nach ATEX. Insbesondere sind auf unterschiedliche Indices bei eigensicheren Stromkreisen zu achten. Dimensionierung eigensicherer Stromkreise Explosionsgefährdeter Bereich + + U Parameter für Betriebsmittel: Vmax: max. zulässige Spannung Imax: max. zulässiger Strom Ci: innere Kapazität Li: innere Induktivität Parameter für zugehörige Betriebsmittel: Voc: max. Leerlaufspannung Isc: max. Kurzschlussstrom Ca: max. zulässige Kapazität La: max. zulässige Induktivität 36 Phoenix Contact ≥ U i Ii ≥ Io P i ≥ P C i+ C ≤ C L i+ L Einsatz in den USA In den USA ist zu berücksichtigen, dass sowohl nach der NEC 500 als auch nach NEC 505 Zulassungen für den explosionsgefährdeten Bereich erteilt werden. SPS 4…20 mA sicherer Bereich c c ≤ L o + U B + U B IN O U T Gebräuchliche Bezeichnungen o o o für Betriebsmittel: max. zulässige Spannung max. zulässiger Strom innere Kapazität innere Induktivität für zugehörige Betriebsmittel: max. Leerlaufspannung max. Kurzschlussstrom max. zulässige Kapazität max. zulässige Induktivität Feldgerät Europa USA Ui Ii Ci Li Vmax Imax Ci Li Uo Io Co Lo Voc Isc Ca La Zugehöriges Betriebsmittel, z.B. PI-EX-ME-RPSS-I/I Listed 1M68 Sattblaue for Class I, Div. 2, Groups A, B, C and D installation; providing intrinsically safe circuits for use in Class I, Div. 1, Groups A, B, C and D; Class II, Groups E, F and G; and Class III, Hazardous Locations U U Vergleich der sicherheitsrelevanten Daten aus der Ex-Zulassung (ATEX) Feldgerät Kabel/Leitung Zugehöriges Betriebsmittel Beispiel PI-Ex-ME-RPSS-I/I Ui ≥ Uo 28 V Ii ≥ Io 93 mA Pi ≥ Po 0,65 W IIB = 650 nF IIC = 83 nF IIB = 14 mH IIC = 2 mH Ci + Cc ≤ Co Li + Lc ≤ Lo 15. Begriffe und Abkürzungen Begriffe Ex Explosionsgefährdeter Bereich Ein Bereich, in dem eine explosionsgefährdete Atmosphäre in solchen Mengen vorhanden ist oder erwartet werden kann, dass spezielle Vorkehrungen bei der Konstruktion, der Errichtung und dem Einsatz von elektrischen Betriebsmitteln erforderlich sind. Ex-Bauteil Ein Teil eines elektrischen Betriebsmittels für explosionsgefährdete Bereiche oder ein Modul (ausgenommen Ex-Kabel-/Leitungseinführung), gekennzeichnet mit dem Symbol „U“, das in solchen Bereichen nicht für sich allein verwendet werden darf und das einer zusätzlichen Bescheinigung beim Einbau in elektrische Betriebsmittel oder Systeme zur Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen bedarf. „U“ Symbol „U“ ist das Symbol, welches als Symbol hinter der Bescheinigungsnummer der Teilbescheinigung verwendet wird, um ein ExBauteil zu kennzeichnen. „X“ Symbol „X“ ist das Symbol, welches als Ergänzung hinter der Bescheinigung benutzt wird, um besondere Bedingungen für die sichere Anwendung zu kennzeichnen. Anmerkung: Die Symbole „X“ und „U“ werden nicht gleichzeitig verwendet. Eigensicherer Stromkreis Ein Stromkreis, in dem weder ein Funke noch ein thermischer Effekt eine Zündung einer bestimmten explosionsfähigen Atmosphäre verursachen kann. Elektrisches Betriebsmittel Die Gesamtheit von Bauteilen, elektrischen Stromkreisen oder Teilen von elektrischen Stromkreisen, die sich üblicherweise in einem einzigen Gehäuse befinden. Eigensicheres elektrisches Betriebsmittel Ein Betriebsmittel, in dem alle Stromkreise eigensicher sind. Zugehöriges Betriebsmittel Ein elektrisches Betriebsmittel, das sowohl eigensichere als auch nichteigensichere Stromkreise enthält, und so aufgebaut ist, dass die nicht eigensicheren Stromkreise die eigensicheren nicht beeinträchtigen können. Anmerkung: Dieses ist auch an den eckigen Klammern und den runden Klammern der Kennzeichnung zu erkennen. Zugehörige Betriebsmittel müssen außerhalb des explosionsgefährdeten Bereichs montiert werden. Einfaches elektrisches Betriebsmittel Ein elektrisches Betriebsmittel oder eine Kombination von Bauteilen einfacher Bauart, mit genau festgelegten elektrischen Parametern, das (die) die Eigensicherheit des Stromkreises, in dem es (sie) eingesetzt werden soll, nicht beeinträchtigt. Abkürzungen Ui = Maximale Eingangsspannung Die höchste Spannung (Spitzenwert der Wechselspannung oder Gleichspannung), die an die Anschlussteile eigensicherer Stromkreise angelegt werden kann, ohne die Eigensicherheit zu beeinträchtigen. Das heißt, an diesem eigensicheren Stromkreis darf keine höhere Spannung als der Wert des zugehörigen Ui angeschlossen werden. Es muss auch eine mögliche Spannungsaddition betrachtet werden. Siehe auch EN 60 079-14 Anhang B. Ii = Maximaler Eingangsstrom Der höchste Strom (Spitzenwert des Wechselstroms oder Gleichstroms), der über die Anschlussteile der eigensicheren Stromkreise eingespeist werden kann, ohne die Eigensicherheit aufzuheben. Das heißt, an diesen eigensicheren Stromkreis darf kein höherer Strom als der Wert des zugehörigen Ii eingespeist werden. Es muss auch hier eine mögliche Stromaddition betrachtet werden. Siehe auch hier EN 60 079-14 Anhang B. Pi = Maximale Eingangsleistung Die höchste Eingangsleistung in einem eigensicheren Stromkreis, die innerhalb eines elektrischen Betriebsmittels umgesetzt werden kann, wenn es an eine externe Stromversorgung angeschlossen ist. Das heißt, es darf hier kein eigensicherer Stromkreis mit höherer Leistung als Pi angeschlossen werden. Auch hier sollte eine mögliche Leistungsaddition betrachtet werden. Anmerkung zu Ui, Ii und Pi: Bei Angaben in den Konformitätsbescheinigungen bzw. EG-Baumusterprüfbescheinigungen sind oftmals nur ein oder zwei der Begriffe Ui, Ii oder Pi angegeben. Hierdurch sind dann bei den nicht aufgeführten Begriffen keine Einschränkungen vorhanden, da in diesem Betriebsmittel eine weitere innere Begrenzung bereits vorgenommen wurde. Phoenix Contact 37 Uo = Maximale Ausgangsspannung Die höchste Ausgangsspannung (Spitzenwert der Wechselspannung oder Gleichspannung) in einem eigensicheren Stromkreis, die unter Leerlaufbedingungen an den Anschlussteilen des elektrischen Betriebsmittels bei jeder angelegten Spannung bis zur maximalen Spannung einschließlich Um und Ui auftreten kann. Das heißt, Uo ist die höchste Leerlaufspannung, die im Fehlerfall bei der maximalen Hilfsenergie an den Klemmen anliegen kann. Uo ist auch maßgebend für die Höchstwerte der maximalen äußeren Kapazität Co einer ohmschen Begrenzung mit linearer Kennlinie nach den Bildern A1, A2 und A3 sowie Tabelle A.2 in EN 50 020, Anhang A. Io = Maximaler Ausgangsstrom Der höchste Strom (Spitzenwert des Wechselstroms oder Gleichstroms) in einem eigensicheren Stromkreis, der den Anschlussklemmen des elektrischen Betriebsmittels entnommen werden kann. Das heißt, Io entspricht dem bisherigem Kurzschlussstrom Ik. Io ist auch maßgebend für die Höchstwerte der maximalen äußeren Induktivität Lo in den Bildern A 1, A 4, A 5 und A 6 in EN 50 020, Anhang A zur Anwendung. Po = Maximale Ausgangsleistung Die höchste elektrische Leistung in einem eigensicheren Stromkreis, die dem Betriebsmittel entnommen werden kann. Das heißt, bei einem Sensor oder Aktor, der an diesen eigensicheren Stromkreis angeschlossen wird, muss mit dieser Leistung z. B. bei der Erwärmung oder bei der Belastung in Bezug auf die zugehörige Temperaturklasse gerechnet werden. Ci = Maximale innere Kapazität An den Anschlussteilen wirksame Ersatzkapazität für die internen Kapazitäten des Betriebsmittels. Li =Maximale innere Induktivität An den Anschlussteilen wirksame Ersatzinduktivität für die internen Induktivitäten des Betriebsmittels. Co = Maximale äußere Kapazität Der höchste Wert der Kapazität in einem eigensicheren Stromkreis, der an die Anschlussteile des elektrischen Betriebsmittels angeschlossen werden kann, ohne die Eigensicherheit aufzuheben. Das heißt, dieses ist der Wert, den maximal alle außerhalb des Betriebsmittels wirkenden Kapazitäten erreichen dürfen. Dieses bedeutet wiederum die Addition aller Leitungskapazitäten und externen Kapazitäten dieses Stromkreises. Der Wert von Co ist bei einer linearen ohmschen Strombegrenzung vor allen Dingen abhängig von Uo. Siehe auch Bild A 2 bzw. Tabelle A2 EN 50 020 Anhang A2, A3. Lo = Maximale äußere Induktivität Der höchste Wert der Induktivität in einem eigensicheren Stromkreis, der an Anschlussteile des elektrischen Betriebsmittels angeschlossen werden kann. Das heißt, dieses ist der Wert, den alle außerhalb des Betriebsmittels wirkenden Induktivitäten erreichen dürfen. Dies bedeutet, die Addition aller Leitungsinduktivitäten und externen Induktivitäten dieses Stromkreises. Bei einer linearen ohmschen Strombegrenzung ist Lo vor allen Dingen abhängig von Io. Siehe auch EN 50 020, Anhang A, Bild A 4. Anmerkung: Der Index i bedeutet „in“, der Index o steht für „out“. Cc = Kabel- bzw. Leitungskapazität Eigenkapazität eines Kabels oder einer Leitung. Sie ist vom Kabel oder der Leitung abhängig. Sie liegt im allgemeinen zwischen 140 nF/km und 200 nF/km. Lc = Kabel- bzw. Leitungsinduktivität Eigeninduktivität eines Kabels oder einer Leitung. Man rechnet mit ca. 0,8 mH/km. Um = Maximaler Effektivwert der Wechselspannung oder maximale Gleichspannung Die höchste Spannung, die an die nichteigensicheren Anschlussteile der zugehörigen Bettriebsmittel angeschlossen werden kann, ohne die Eigensicherheit zu beeinträchtigen. Das heißt, es kann z. B. bei der Versorgungsspannung ein Um = 250 V angegeben sein und beim Ausgang eine Um = 60 V. Siehe auch EN 60 070-14, Absatz 12.2.1 2.: Elektrische Betriebsmittel, die an nicht eigensichere Anschlussklemmen eines zugehörigen Betriebsmittel angeschlossen sind, dürfen nicht mit einer Speisespannung versorgt werden, die größer ist als die auf dem Typschild des zugehörigen Betriebsmittels angegebene Um. Dieses bedeutet für das obige Beispiel: An die Versorgungsspannung des zugehörigen Betriebsmittels darf ein weiteres Betriebsmittel mit einer Speisespannung von bis zu 250 V angeschlossen sein. An den Ausgang des zugehörigen Betriebsmittels darf nur ein Betriebsmittel mit einer Speisespannung von bis zu 60 V angeschlossen werden. In = Sicherungsbemessungsstrom Der Bemessungsstrom einer Sicherung nach EN 60 127 oder nach Angabe des Herstellers. Dieses ist letztlich der Nennstrom, der bei einer Sicherung angegeben ist. Ta bzw. Tamb = Umgebungstemperatur Die Umgebungstemperatur Ta oder Tamb muss auf dem Typschild angegeben werden und in der Bescheinigung festgelegt sein, wenn sie außerhalb des Bereichs von -20 °C und + 40 °C liegt. Andernfalls erhält die Bescheinigungsnummer das Symbol „X“. 38 Phoenix Contact 16. Prinzipien der Signalübertragung Aktive Trennung 3-Wege-Trennung Eingangssignal IN Eingangstrennung OUT Ausgangssignal Eingangssignal IN Speisetrennung OUT Speisung des Messumformers Ausgangssignal IN OUT Ausgangssignal Eingangssignal POWER POWER POWER Bei Modulen mit dieser Trennungstechnik sind alle Komponenten, die an Eingang, Ausgang oder Versorgung angeschlossen sind, gegeneinander vor Störungen geschützt. Entsprechend sind alle 3-Wege (Eingang, Ausgang und Versorgung) galvanisch voneinander getrennt. Die 3-Wege-Trennung sorgt sowohl für eine galvanische Trennung zwischen Messaufnehmer und Steuerung als auch zwischen Steuerung und Stellglied. Eingangsseitig benötigen die Module aktive Signale. Ausgangsseitig stellen sie ein gefiltertes und verstärktes Signal zur Verfügung. Bei Modulen mit dieser Trennungstechnik soll die ausgangsseitig angeschlossene Elektronik (z.B. Steuerung) vor Störungen aus dem Feld geschützt werden. Daher ist nur der Eingang von den auf gleichem Potential liegenden Ausgang und Versorgung galvanisch getrennt. Die Module benötigen eingangsseitig aktive Signale (z.B. von Messaufnehmern). Ausgangsseitig stellen sie ein gefiltertes und verstärktes Signal - z.B. der Steuerung - zur Verfügung. Speisetrenner nutzen die Signaleingangsseite nicht nur zur Messwerterfassung, sondern stellen den eingangsseitig anzuschließenden passiven Messaufnehmern auch die benötigte Versorgung zur Verfügung. Ausgangsseitig stellen sie ein gefiltertes und verstärktes Signal - z.B. der Steuerung zur Verfügung. Die Trennungstechnik dieser Module entspricht der Eingangstrennung. Passive Trennung, ausgangsseitig gespeist (Loop-powered) Passiver Speisetrenner Passive Trennung Passive Trennung, eingangsseitig gespeist Speisung über Signal Eingangssignal IN OUT Ausgangssignal Die Module beziehen die zur Signalübertragung und galvanischen Trennung benötigte Energie aus dem aktiven Eingangskreis. Ausgangsseitig steht ein aufbereitetes Stromsignal für die Steuerung oder für Stellglieder zur Verfügung. Diese passive Trennung ermöglicht die Signalaufbereitung (auftrennen von Erdschleifen) und -filterung ohne eine zusätzliche Versorgung. Eingangssignal IN OUT Speisung über Signal Speisung des Messumformers Ausgangssignal Eingangssignal Die Module beziehen die zur Signalübertragung und galvanischen Trennung benötigte Energie aus dem aktiven Ausgangskreis, idealerweise von einer versorgenden SPSEingangskarte. Ausgangsseitig arbeiten die Loop-powered-Module mit einem 4...20 mA-Normsignal. Eingangsseitig verarbeitet der Passivtrenner aktive Signale. Beim Einsatz dieser Trennungstechnik muss beachtet werden, dass die ausgangsseitig angeschlossene aktive Signalquelle (z.B. aktive SPS-Eingangskarte) sowohl den Passivtrenner versorgen, als auch ihre Bürde treiben kann. Speisung über Signal IN OUT Ausgangssignal Die Module beziehen die zur Signalübertragung und galvanischen Trennung benötigte Energie aus dem aktiven Ausgangskreis. Diese aus dem Ausgangskreis gezogene Energie stellt der passive Speisetrenner außerdem einem eingangsseitig angeschlossenen passiven Messaufnehmer zur Verfügung. Der Messaufnehmer liefert mit Hilfe der zur Verfügung gestellten Energie ein Signal, das der passive Speisetrenner galvanisch trennt und ausgangsseitig zur Verfügung stellt. Daher verlaufen Signal- und Energiefluss bei einer passiven Speisetrennung grundsätzlich gegensätzlich zueinander. 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