Ex e druckfeste Kapselung: Aufbau, Vorteile, Grenzen
Die explosionsgeschützte Schutzart Ex e ist in der internationalen Norm IEC EN 60079-7 definiert. Im Folgenden erklären wir das Prinzip dahinter, zeigen Anwendungsbeispiele und geben einige nützliche Tipps für Benutzer und Käufer von Ex-Geräten.
Ex e-Schutz steht für erhöhte Sicherheit oderverstärkte Konstruktion. Er ist eine der beliebtesten Schutzmaßnahmen für Geräte, die für den Betrieb in gasgefährdeten Bereichen vorgesehen sind. Du findest sie zum Beispiel in Geräten wie:
- Beleuchtungskörper,
- Schalter/Sicherheitsschalter,
- Abzweigdosen,
- Bedienfelder,
- elektrische Schalttafeln,
- Kabelverschraubungen,
- Sensoren und Detektoren,
- Motoren.
Der Ex e-Schutz ist für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2 vorgesehen, d. h. in Atmosphären, die durch das Vorhandensein von brennbaren Gasen und Dämpfen entstehen. Er wird nicht in der Gaszone 0 oder in den Staubzonen 20, 21 und 22 eingesetzt.
Funktionsprinzip des Ex e-Schutzes
Dieses Schutzkonzept berücksichtigt die Möglichkeit, dass im Inneren des Gehäuses eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann, was es unter anderem von Ex m (Schutz durch Kapselung) oder Ex p (Schutz durch Überdruckkapselung) unterscheidet. Gleichzeitig sind Ex e-Geräte in verstärkter Bauweise im Gegensatz zu Ex d-Geräten nicht beständig gegen den Druck einer Explosion in ihrem Inneren.
Was hat es mit dem Ex e-Schutz auf sich?
Beim Ex e-Schutzkonzept geht es darum, die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Zündquellen (z. B. Temperatur, Funken, Lichtbögen) sowohl an der Gehäuseoberfläche als auch im Inneren des Geräts auftreten. Diese Aufgabe wird in erster Linie erfüllt durch:
- Sicherstellen, dass die Oberflächentemperatur der im Gerät montierten Komponenten und des Gerätegehäuses die Zündtemperatur der explosionsfähigen Atmosphäre, in der das Gerät installiert wird, nicht überschreitet. Dies muss durch thermische Berechnungen bestätigt werden, die die elektrischen Parameter der im Gerät verwendeten Komponenten berücksichtigen (je nach Gerät können dies Steckverbinder, Schalter, Kontrollleuchten, Strom- und Spannungsmesser, Drähte, Steuerkomponenten usw. sein),
- Verringerung des Risikos von Lichtbögen, Funkenbildung und Temperatur durch sichere elektrische Verbindungen, Erdung, richtig gewählte elektrische Isoliermaterialien und angemessene Luft- und Kriechstrecken gemäß EN PN 60079-14 (Luftstrecke: der kürzeste Abstand zwischen zwei leitenden Elementen oder zwischen einem leitenden Element und der Begrenzungsfläche des Geräts, gemessen in der Luft; Kriechstrecke: der Abstand zwischen zwei Leitern entlang einer Isolierfläche. Die Kriechstrecke muss größer oder gleich der Luftstrecke sein),
- Verringerung des Risikos von Zündquellen im Inneren des Gehäuses durch die Verwendung explosionsgeschützter Komponenten (Komponenten mit einer anderen Zündschutzart als Ex e, z. B. kann eine elektronische Komponente mit Ex m-Schutz (Kapselung) in einem Ex e-Gehäuse installiert werden – weitere Informationen hierzu findest du im Abschnitt: Geräte in Mischbauweise);
- mit explosionsgeschützten Kabelverschraubungen (Ex e- oder Ex d-Verschraubungen können in einem Ex e-Gehäuse verwendet werden),
- Verringerung des Risikos von Gehäuseschäden durch geeignete Materialausführung gemäß PN EN 60079-0.
Ex e-Schutzstufen
Dieselbe Art von explosionsgeschütztem Schutz kann verschiedene Sicherheitsstufen bieten, die in der Norm PN EN 60079-14 definiert sind. Nachfolgend findest du eine Tabelle mit diesen Stufen und ihrem Bezug zur Gerätekategorie und dem Gefahrenbereich, in dem das Gerät eingesetzt werden kann.
| EPL-Bezeichnung | Schutzniveau | Gerätekategorie (ATEX) | Gefährlicher Bereich |
|---|---|---|---|
| Ga/Da | Sehr hoch | 1G/1D | 0/20 |
| Gb/Db | Hoch | 2G/2D | 1/21 |
| Gc/Dc | Erhöht | 3G/3D | 2/22 |
G – Gase. D – Stäube.
Es sei darauf hingewiesen, dass Ex e-Geräte nur in den Ausführungen Gb und Gc erhältlich sind, d. h. sie sind für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 1 und 2 (Gase und Dämpfe) vorgesehen.
Was ist mit anderen Gefahrenbereichen?
Zone 0: Wenn wir uns die Liste der Geräte ansehen, für die der Ex e-Schutz verwendet wird, kommen wir schnell zu dem Schluss, dass sie fast nie in Zone 0 eingesetzt werden, d. h. in einem Tank, in dem ständig eine gasförmige explosive Atmosphäre vorhanden ist. Wie oft müssen wir unter solchen Bedingungen ein Bedienfeld oder einen Motor einsetzen?
Staubzonen 20, 21, 22: Um ein Gerät in staubexplosionsgefährdeten Bereichen (20, 21, 22) zu verwenden, kann jedoch eine andere Zündschutzart, z. B. Ex t, verwendet werden, die eine Art Äquivalent zum Ex e-Schutz in Gaszonen ist. Wie die Bezeichnung eines Geräts mit beiden Zündschutzarten aussieht, wird unten am Beispiel einer explosionsgeschützten Leuchte gezeigt.
Historisch gesehen konkurrieren Ex e-Geräte oft mit Ex d-Geräten. Jede dieser Lösungen hat ihre Vorteile, wobei Geräte in verstärkter Bauweise die vielseitigere Lösung sind. Vergleichen wir beide Arten von Schutz:
| Ex e | Ex d | |
|---|---|---|
| Anschaffungskosten | 🟢 | 🔴 |
| Betriebskosten | 🟢 | 🔴 |
| Zuverlässigkeit des Schutzes | 🟢 | 🔴 |
| Gewicht | 🟢 | 🔴 |
| Verwendung in Zone 0 | 🔴 | 🔴 |
| Einfachheit und Häufigkeit des Dienstes | 🟢 | 🔴 |
Bei den Daten in der obigen Tabelle handelt es sich um einen Durchschnittswert. Vor dem Kauf solltest du daher eine unabhängige Analyse der Vor- und Nachteile durchführen.
Beispiel für eine explosionsgeschützte Funktion
Im Folgenden findest du einige Beispiele mit Erklärungen. Wir konzentrieren uns hier nur auf die Aspekte, die mit dem Explosionsschutz des Geräts zu tun haben.
Beispiel 1 – Explosionsgeschützte OptiLine-Leuchte – Basisversion
| Explosionssicheres Merkmal | II 3 GEx ec IIC T4 Gc |
- Gc – wobei G die Eignung für den Einsatz in gasgefährdeten Bereichen bedeutet und c ein erhöhtes Schutzniveau anzeigt.
- Ex ec – wobei Ex e für Schutz durch verstärkte Konstruktion steht und c das erhöhte Schutzniveau bekräftigt.
In diesem Fall ist die Situation ganz einfach, denn wir haben es mit einem Gerät zu tun, das nur eine Art des explosionsgeschützten Schutzes (Ex e) auf der Stufe c (für den Einsatz in Zone 2) hat. Dieser Schutz gilt für das Gehäuse des Geräts, in dem Ex-Komponenten verwendet werden müssen.
Der Ex e-Schutz kann mit anderen Schutzarten in einem einzigen Gerät kombiniert werden. In diesem Fall weist das Merkmal “explosionsgeschützt” jedoch nicht auf die Verwendung anderer Schutzarten hin, was darauf hindeutet, dass sowohl das Gehäuse des Geräts als auch die internen Komponenten (Tasten, Strommesser, Kabelverschraubungen, Steckverbinder usw.) Ex e-Schutz haben.
Beispiel 2 – HARDO Explosionsgeschützte Schalttafel
| Explosionssicheres Merkmal | II 2 G Ex db eb mb IIB T4 Gb |
- Gb – wobei G die Eignung für den Einsatz in gasgefährdeten Bereichen bedeutet und b ein hohes Schutzniveau anzeigt.
- Ex db eb mb- wobei Ex e für den Schutz durch eine verstärkte Konstruktion steht und b das hohe Schutzniveau bekräftigt .
- Ex db ebmb- wobei Ex d den Schutz durch eine druckfeste Kapselung angibt und b das hohe Schutzniveau bekräftigt .
- Ex dbeb mb – wobei Ex m für den Schutz durch Einkapselung steht und b das hohe Schutzniveau bekräftigt .
In diesem Beispiel gab es sogar drei Schutzarten. Woher wussten wir also, dass sich die Ex e-Schutzart auf das Gehäuse der Leuchte (Gehäuse + Abdeckung) und die Ex d- und Ex m-Schutzarten auf die internen Komponenten beziehen?
Um dieses Rätsel selbstständig, d.h. ohne Beteiligung des Herstellers oder Lieferanten, zu lösen, müssen wir die Arten des Explosionsschutzes kennen und über praktische Erfahrungen verfügen.
Analysieren wir diese Situation.
In diesem Fall haben wir es mit einem Bedienfeld zu tun, das in der Regel Komponenten mit beweglichen Teilen (z. B. Knöpfe) enthält, so dass es nicht möglich ist, das Innere eines solchen Geräts vollständig mit Einkapselungsmaterial zu füllen. Daher gehen wir davon aus, dass der Ex m-Schutz nicht für das Gehäuse des Bedienfelds gilt.
Lass uns weitermachen.
Der Ex d-Schutz setzt voraus, dass Nicht-Ex-Bauteile im Inneren des Geräts verwendet werden können, sodass die Verwendung von Ex e-Bauteilen dort weder technisch noch wirtschaftlich sinnvoll ist. Daher gilt der Ex d-Schutz nicht für das Gehäuse des Panels.
Anhand der obigen Analyse können wir mit großer Sicherheit sagen, dass es sich um ein bewehrtes Baugerät Ex e handelt, in dem Ex m und Ex d Komponenten eingebaut sind.
Beispiel 3 – Explosionsgeschützte OptiLine-Leuchte – Notfallversion
| Explosionssicheres Merkmal | II 3 G Ex ec mc IIC T4 Gc |
- Ex ec mc – wobei Ex e für Schutz durch verstärkte Konstruktion steht und c das erhöhte Schutzniveau bekräftigt.
- Ex ec mc – wobei Ex m für den Schutz durch Verkapselung steht und c die erhöhte Schutzstufe bekräftigt.
- Gc – wobei G die Eignung für den Einsatz in gasgefährdeten Bereichen bedeutet und c ein erhöhtes Schutzniveau anzeigt.
Wie wir bereits erwähnt haben, können Ex e-Geräte Komponenten mit anderen Schutzarten verwenden, wodurch Geräte in Mischbauweise entstehen. Die HARDO OptiLine Notlichtleuchte hat zum Beispiel einen Ex e-Schutz, der für ihr Gehäuse gilt. Im Inneren befindet sich ein Bauteil mit Ex m-Schutz (Schutz durch Kapselung).
An dieser Stelle sei angemerkt, dass auch eine andere Schreibweise für dieses Merkmal zulässig ist:
II 3 G Ex em IIC T4 Gc
Wie du siehst, werden die Buchstaben, die die Art des Explosionsschutzes symbolisieren, diesmal nicht von Informationen über den Grad des Schutzes begleitet. Dieses Wissen erhalten wir in diesem Fall durch die Gc-Bezeichnung.
Wenn du auch wissen willst, wie du die übrigen Bestandteile des Merkmals verstehst, schau dir den Artikel an: Ex-Kennzeichnungen: So wählst du Geräte für Gefahrenbereiche richtig aus [Anleitung + Aufgaben]
Wichtige Informationen für den Kauf von Ex-Ausrüstung
Als Kunde solltest du vom Hersteller verlangen, dass er die Ex-Geräte ordnungsgemäß ausführt. Es liegt jedoch in deiner Verantwortung, die folgenden Informationen vollständig zur Verfügung zu stellen:
- den Gefahrenbereich, in dem das Gerät installiert werden soll,
- die Temperaturklasse des Stoffes, der in dem explosionsgefährdeten Bereich, in dem das Gerät installiert wird, eine explosionsfähige Atmosphäre bilden kann (auf dieser Grundlage bestimmst du die mögliche Temperaturklasse des Geräts – wie das geht … Artikel zur Auswahl …),
- maximale Oberflächentemperatur bei durch Staub gebildeten Atmosphären, berechnet auf der Grundlage der Zündtemperaturen der Staubschicht und der Wolke, die in dem gefährlichen Bereich, in dem das Gerät installiert wird, eine explosionsfähige Atmosphäre bilden können,
- die Explosionsuntergruppe aus Gas/Dampf/Staub, die die explosionsfähige Atmosphäre bildet,
- Menge, Art und elektrische Betriebsparameter der Bauteile bei Geräten, die nach Vorgaben erstellt wurden (z. B. Schalttafeln oder Verteilerkästen),
- Arbeitsplatz – unterirdische Bergwerke/andere Industrieanlagen,
- Betriebsparameter (Temperatur, korrosionsfördernde Faktoren, Staub, Feuchtigkeit, UV-Belastung, andere aus Sicht des Nutzers wichtige Faktoren).