Anforderungen für elektrische Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen

In diesem Artikel werden die Anforderungen an Unternehmen und Installateure bei der Planung und Installation von elektrischen Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen erläutert.

Klassifizierung von Explosionsgefahrenzonen

Bevor du mit Elektroinstallationsarbeiten in gefährlichen Bereichen beginnst, musst du eine Zoneneinteilung vornehmen. Dieser Prozess ist unerlässlich, um die Sicherheit und die optimale Auswahl der Geräte zu gewährleisten. Die Zoneneinteilung bestimmt den Grad der Gefahr, die in dem Bereich auftreten kann, was sich in der Praxis in der Trennung von Zonen mit unterschiedlichem Risikoniveau niederschlägt:

• Zone 2 – ein Raum, in dem die Gefahr minimal ist und das explosive Gasgemisch nur kurzzeitig auftreten kann, z. B. bei einem Unfall.
• Zone 1 – wo ein explosionsfähiges Gasgemisch während des normalen Betriebs auftreten kann,
• Zone 0 – ein Bereich, in dem ein gasförmiges explosives Gemisch ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden sein kann,

Für Staubgemische gelten ähnliche Klassifizierungen, die mit den Zonen 20, 21 und 22 gekennzeichnet sind. Anhand dieser Klassifizierungen können Ingenieure ihre Ausrüstung entsprechend auswählen und darauf vertrauen, dass sie in einer bestimmten Umgebung sicher ist.

Verwendung von zertifizierter Ausrüstung

Eine wichtige Voraussetzung ist, dass nur nach ATEX-Richtlinie 114 zertifizierte Geräte verwendet werden. Die Zertifizierung stellt sicher, dass jedes Gerät die entsprechenden Tests bestanden hat und die Anforderungen an die Sicherheit unter potenziellen Explosionsbedingungen erfüllt. Zertifizierte elektrische Betriebsmittel sind so konstruiert, dass sie auch im Falle eines Ausfalls keine Zündquelle darstellen. Eine Ausnahme bilden Kabel und Drähte. Für sie schreibt das Gesetz keine Zertifizierung vor. Das entbindet jedoch nicht von der Verpflichtung, sie für die Arbeitsbedingungen angemessen auszuwählen. Du fragst dich, ob alle Ex-Geräte ATEX-zertifiziert sein müssen? – Lies den nächsten Artikel.

Entwurf, Auswahl und Einbau gemäß der Norm

Jede elektrische Installation in explosionsgefährdeten Bereichen muss der Norm EN 60079-14 Explosionsgefährdete Bereiche entsprechen. Teil 14, Planung, Auswahl und Installation von elektrischen Anlagen. Diese Norm beschreibt detailliert die Anforderungen an die Planung, die Installation und den Betrieb von elektrischen Anlagen und Geräten in solchen Bereichen. Außerdem berücksichtigt die Norm die raumspezifischen Gefahren und fordert die Verwendung explosionsgeschützter Geräte mit dem entsprechenden Schutzniveau entsprechend der Raumklassifizierung.

Minimierung von Elektroinstallationen in Gefahrenbereichen

Jedes elektrische Gerät, das in einem Gefahrenbereich installiert ist, stellt eine potenzielle Zündquelle dar. Selbst wenn jedes einzelne Gerät den Sicherheitsstandards entspricht und ordnungsgemäß geschützt und zertifiziert ist, erhöht sich allein durch seinen Betrieb in der Zone das potenzielle Explosionsrisiko.

Es ist daher äußerst wichtig, die Anzahl der elektrischen Installationen auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Das Ziel sollte sein, nicht nur die Anzahl der Geräte, sondern auch die Anzahl der Leitungen und elektrischen Anschlüsse in den Gefahrenbereichen zu minimieren. Wenn du die Anzahl der Komponenten in einer Zone reduzierst, verringert sich die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls.

Optimierung des Designs

Schon in der Planungsphase einer elektrischen Anlage in explosionsgefährdeten Bereichen ist es wichtig, sich Gedanken darüber zu machen, welche Geräte und Komponenten notwendig sind. Die Konstrukteure müssen versuchen, möglichst einfache Systeme zu schaffen, die ihren Zweck mit so wenigen Komponenten wie möglich erfüllen. In der Praxis bedeutet das zum Beispiel, die Länge der Kabelwege zu minimieren und die Steuerungs- und Verteilungsfunktionen außerhalb der Gefahrenbereiche zu zentralisieren.

Senkung der Wartungskosten

Weniger elektrische Anlagen und Geräte in Gefahrenbereichen bedeuten auch geringere Wartungskosten. Alle Geräte in solchen Räumen müssen regelmäßig gewartet, auf ihren Zustand überprüft und eventuell repariert werden. Um diese durchzuführen, muss die explosionsfähige Atmosphäre immer entfernt werden, was in der Regel eine Unterbrechung der Produktion bedeutet. Die Reduzierung der Anzahl der Anlagen und Geräte bedeutet, dass es weniger Komponenten gibt, die überwacht werden müssen, was sowohl die Betriebskosten als auch das Risiko eines Ausfalls während des Betriebs verringert.

Verlagerung von Ausrüstung aus gefährlichen Bereichen

Eines der grundlegenden Prinzipien bei der Planung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen besteht darin, elektrische Systeme und Geräte so weit wie möglich aus den gefährlichen Bereichen zu verlagern. Das gilt vor allem für Schaltanlagen, Steuerungen und andere Steuergeräte. Ziel dieses Ansatzes ist es, das Ausfallrisiko zu verringern, indem die Anzahl der Geräte, die in unmittelbarer Nähe von potenziellen Explosionsquellen betrieben werden, minimiert wird. In einigen Branchen, z. B. in der Petrochemie und der chemischen Industrie, gibt es so viele Ex-Zonen, dass es schwierig ist, viele elektrische Geräte aus den Gefahrenzonen zu verlagern. Dennoch lohnt es sich, im Folgenden einige der Vorteile zu betrachten, die die Verlagerung von Geräten mit sich bringt, wann immer dies möglich ist.

Verlagerung von Kontroll- und Verteilungssystemen

Steuerungssysteme, Schaltanlagen und andere Geräte, die nicht direkt in Gefahrenbereichen betrieben werden müssen, sollten außerhalb dieser Bereiche untergebracht werden. So wird sichergestellt, dass diese Geräte unter sicheren Bedingungen arbeiten, während gleichzeitig weniger restriktive Anforderungen an ihre Konstruktion gestellt werden können. Die Verlagerung von Schaltanlagen aus dem Gefahrenbereich ermöglicht zum Beispiel die Verwendung von Standardgeräten, die nicht den ATEX-Anforderungen entsprechen müssen, was die Installations- und Betriebskosten senkt.

Wichtig ist, dass, wenn elektrische Betriebsmittel außerhalb des Gefahrenbereichs verlegt werden können, dieselben Vorteile in Bezug auf geringere Betriebskosten und ein geringeres Entzündungsrisiko erzielt werden, als wenn neue Anlagen mit der minimalen Anzahl der erforderlichen Betriebsmittel in dem Bereich geplant würden.

Einsatz von zentralen Kontrollsystemen

Bei der Planung elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen wird die Verlagerung von Betriebsmitteln außerhalb der Ex-Zonen oft mit dem Einsatz von zentralen Steuerungs- und Überwachungssystemen kombiniert. Mit modernen SCADA-Systemen (Supervisory Control and Data Acquisition) ist es möglich, den Betrieb von Geräten in explosionsgefährdeten Bereichen von einer zentralen Stelle außerhalb dieser Zonen zu steuern. Solche Lösungen erhöhen nicht nur die Sicherheit, sondern ermöglichen auch eine genauere Überwachung der Betriebsparameter der Anlagen, so dass mögliche Ausfälle frühzeitig erkannt und ihre Folgen minimiert werden können.

Installation von elektrischen Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen gemäß der Dokumentation

Die Installation elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen muss mit äußerster Sorgfalt und in Übereinstimmung mit den Konstruktionsunterlagen, den technischen und betrieblichen Unterlagen (DTR) und den Anweisungen der Hersteller der elektrischen Geräte erfolgen. Jede Phase der Installation muss geprüft werden, um die Einhaltung der anerkannten Sicherheits- und Qualitätsstandards zu gewährleisten.

Einhaltung der technischen Dokumentation

Die technische Dokumentation bildet die Grundlage für jedes Elektroinstallationsprojekt in explosionsgefährdeten Bereichen. Es ist eine detaillierte Dokumentation erforderlich, die genaue Anleitungen enthält:

• Auswahl der Ausrüstung entsprechend der Zoneneinteilung,
• Technische Parameter der im Raum vorhandenen brennbaren Stoffe,
• Richtlinien für die Montage, Installation und den Betrieb der Ausrüstung.

Die Dokumentation sollte sowohl die Sicherheitsstandards als auch die Anforderungen der Gerätehersteller berücksichtigen und sicherstellen, dass alle Komponenten der Anlage die strengen Standards für den Betrieb in Gefahrenbereichen erfüllen.

Jede Komponente der Anlage muss gemäß dem in den technischen Unterlagen dargestellten Installationsplan installiert werden. Die Nichtbeachtung des Einbauplans kann zu schweren Fehlern führen, die den sicheren Betrieb der Anlage gefährden können. Deshalb ist es wichtig, dass die für den Einbau Verantwortlichen die Pläne und Anweisungen sorgfältig studieren, bevor sie mit der Arbeit beginnen.

Lies mehr über Kabel für den Einsatz in Gefahrenbereichen.

Überprüfung des technischen Zustands der Ausrüstung

Vor der Installation ist es notwendig, den technischen Zustand der elektrischen Ausrüstung zu überprüfen. Alle Geräte müssen sorgfältig daraufhin überprüft werden, ob sie den Zertifikaten und Herstelleranweisungen entsprechen. Geräte, die mechanische oder elektrische Schäden aufweisen, dürfen nicht verwendet werden und sollten von der Installation zurückgezogen werden.

Montageanleitung des Herstellers

Jedes Gerät hat seine eigenen spezifischen Installationsanforderungen, die vom Hersteller in der Installationsanleitung dargelegt werden. Diese Richtlinien müssen strikt befolgt werden. Dazu gehören die ordnungsgemäße Montage, der Schutz vor äußeren Einflüssen und der Anschluss an das elektrische System. Die Installation explosionsgeschützter Geräte erfordert die Verwendung geeigneter Materialien und Techniken, um die Dichtheit zu gewährleisten und die Bildung von Funken oder elektrischen Lichtbögen zu verhindern.

Drahtverbindungen und Kabeleinführung

Elektrische Installationen in explosionsgefährdeten Bereichen müssen so ausgeführt werden, dass keine Funken in die explosionsfähige Atmosphäre gelangen können. Ein wichtiger Teil der Installation ist daher der korrekte Anschluss der Kabel und das Einführen der Kabel in die Geräte. Alle Verbindungen müssen dicht sein und die Kabeleinführungen müssen ausreichend vor Feuchtigkeit und Staub geschützt werden.

Prüfung und Abnahme von elektrischen Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen

Nach Abschluss der Installation muss jede elektrische Anlage in Gefahrenbereichen einer Abnahmeprüfung unterzogen werden. Bei diesen Tests werden die Korrektheit der Installation, die Übereinstimmung mit der Dokumentation sowie die Funktionsfähigkeit der Sicherheitssysteme geprüft. Alle Prüfungen müssen dokumentiert werden und die Ergebnisse sollten bestätigen, dass die Anlage die Sicherheitsanforderungen erfüllt und betriebsbereit ist.

Überprüfung der Einhaltung von Zertifikaten

Jedes Bauteil der Anlage muss den in der Region geltenden ATEX- oder anderen Sicherheitszertifikaten entsprechen. Diese Bescheinigungen müssen vor der Installation überprüft werden und nach der Installation muss sichergestellt werden, dass die Anlage gemäß den Anforderungen der Bescheinigungen funktioniert.

Qualifikationen des Personals

Elektrische Installationen in Gefahrenbereichen dürfen nur von qualifiziertem Personal durchgeführt werden. Die Beschäftigten müssen über die erforderlichen Qualifikationen verfügen, die durch Prüfungen bestätigt werden, um sicherzustellen, dass alle Arbeiten gemäß den geltenden Normen ausgeführt werden. Nur kompetente Personen sind in der Lage, Installationen und Wartungsarbeiten korrekt auszuführen, was sich direkt auf die Sicherheit auswirkt.

Stilllegung von defekten Geräten

Defekte Geräte dürfen nicht in Gefahrenbereichen eingesetzt werden. Jeder noch so kleine Schaden kann zu gefährlichen Situationen führen. Deshalb müssen defekte Geräte sofort aus dem Verkehr gezogen und durch neue Geräte ersetzt werden, die alle Anforderungen erfüllen.

Schutz vor äußeren Einflüssen

Der letzte der wichtigsten Aspekte bei der Planung und dem Betrieb von elektrischen Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen ist der Schutz vor äußeren Einflüssen. Geräte, Kabel und andere Anlagenteile müssen angemessen vor einer Vielzahl von Umweltfaktoren geschützt werden, die ihre Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit beeinträchtigen könnten. In explosionsgefährdeten Bereichen können Faktoren wie Feuchtigkeit, Temperatur, Vibrationen, Chemikalien oder mechanische Strahlung nicht nur die Struktur der Anlage schwächen, sondern auch die Explosionsgefahr erhöhen. Es ist wichtig, daran zu denken, dass in vielen Branchen, wie z. B. der Chemie und Petrochemie, eine raue Arbeitsumgebung nicht ausgeschlossen werden kann. Deshalb ist es so wichtig, die Anlagen und Geräte angemessen vor diesen Faktoren zu schützen.

Der Schutz vor äußeren Einflüssen umfasst verschiedene technische und umweltbezogene Aspekte, die im Folgenden beschrieben werden:

Schutz vor Umweltfaktoren

Elektrische Geräte, Kabel und Leitungen, die in explosionsgefährdeten Bereichen installiert werden, müssen angemessen vor der äußeren Umgebung geschützt werden. Typische Umweltgefahren sind:

• Thermische Faktoren – Eine zu hohe Temperatur kann dazu führen, dass die Anlagen überhitzen, was zu Ausfällen führt oder potenzielle Zündquellen schafft. Umgekehrt kann eine zu niedrige Temperatur die Sprödigkeit von Anlagenmaterialien und Bauteilen beeinträchtigen. Deshalb ist es wichtig, Materialien zu verwenden, die unterschiedlichen Temperaturbedingungen standhalten, und Maßnahmen zu ergreifen, um die Anlagen vor Überhitzung (z. B. Belüftung, Kühlung) oder Frost (z. B. Heizung) zu schützen.
• Chemische Stoffe – In Industriebereichen, in denen ätzende Stoffe oder andere aggressive Chemikalien vorkommen können, müssen korrosionsbeständige Materialien verwendet und die Geräte angemessen vor dem Kontakt mit diesen Stoffen geschützt werden. Die Gehäuse explosionsgeschützter Geräte sollten aus chemikalienbeständigen Materialien bestehen, und es werden zusätzlich Schutzbeschichtungen empfohlen.
• Feuchtigkeit – Feuchtigkeit kann in elektrische Anlagen eindringen und zu Kurzschlüssen, Kabelkorrosion und Geräteausfällen führen. Deshalb müssen alle Kabelverbindungen luftdicht sein und die Geräte müssen die entsprechende IP-Klassifizierung (Ingress Protection) haben, damit kein Wasser eindringen kann. In besonders feuchtigkeitsgefährdeten Bereichen werden zusätzliche Dichtungen und hermetischer Schutz verwendet.
• Erschütterungen und Stöße – Elektrische Anlagen in Industriegebieten können durch den Betrieb von Maschinen und Geräten Erschütterungen ausgesetzt sein. Ungeschützte Bauteile können mechanisch beschädigt werden oder sich lösen, wodurch die Gefahr von Funkenbildung und in der Folge von Explosionen besteht. Um dies zu verhindern, sollten spezielle Befestigungen, Stoßdämpfer und zusätzliche mechanische Verstärkungen verwendet werden, um die Stabilität der Anlage zu gewährleisten.

Funkenschutz

Die Vermeidung von Funkenbildung in elektrischen Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen ist eines der wichtigsten Ziele bei der Planung und dem Betrieb solcher Anlagen. Die Ursachen für Funkenbildung können von elektrostatischen Entladungen über Lichtbögen bis hin zu mechanischen Funken infolge von Beschädigungen oder Vibrationen reichen.

• Isolierung der Drähte – Alle Drähte und Kabel müssen ordnungsgemäß isoliert sein und die Verbindungen müssen mit geeigneten Abdeckungen hergestellt werden. Außerdem ist es wichtig, lose Verbindungen zu vermeiden, die zu Lichtbögen führen können.
• Isolierung stromführender Teile – Stromführende Geräteteile müssen von der Umgebung isoliert werden, um versehentliche Berührungen oder Beschädigungen zu verhindern, die zu Funkenbildung führen könnten. Die Verwendung zusätzlicher Abschirmungen und die Sicherstellung, dass explosionsgeschützte Geräte versiegelt sind, sind Schlüsselelemente, um das Risiko von Funkenbildung zu minimieren.

Anschluss an die Potenzialausgleichsschiene

Alle zugänglichen Strukturen und Gehäuse aus leitfähigen Materialien müssen mit einer Potenzialausgleichsschiene verbunden sein. Dies dient dem Ausgleich elektrischer Potenziale und verhindert so elektrostatische Entladungen, die zu Funkenbildung und in der Folge zu Explosionen führen können. Die Äquipotenzialisierung ist eine der grundlegenden Methoden zum Schutz vor Stromschlägen und verhindert die Bildung einer Potenzialdifferenz zwischen den leitfähigen Teilen der Anlage.

Die Potenzialausgleichsschiene muss gut geerdet sein und alle Verbindungen müssen gemäß den Normen hergestellt werden, um einen vollständigen Schutz zu gewährleisten. Regelmäßige Überprüfungen des Zustands der Potenzialausgleichsverbindungen sind der Schlüssel zur Gewährleistung ihrer Wirksamkeit während der gesamten Lebensdauer der Anlage.