In zahlreichen Industriezweigen gibt es Bereiche, in denen Explosionsgefahr besteht. Diese sogenannten Ex-Zonen entstehen dort, wo sich brennbare Gase, Dämpfe oder Stäube in der Luft ansammeln. Schon ein kleiner Funke kann in solchen Umgebungen verheerende Folgen haben. Um die Sicherheit zu gewährleisten, ist es unerlässlich, Ex-Schutz-Zonen einzurichten und ausschließlich geeignete, explosionsgeschützte Anlagen und Schaltschränke einzusetzen.
Definition – was sind Ex-Zonen?
Als Ex-Zonen bezeichnet man speziell gekennzeichnete Bereiche, in denen die Gefahr einer Explosion oder Staubexplosion besteht, da in ihnen zündfähige Konzentrationen brennbarer Gase oder Stäube auftreten können. Je nach Gefährdungslage unterscheidet man verschiedene Ex-Zonen.
Wann sind Bereiche explosionsgefährdet?
Doch wann sind Bereiche überhaupt explosionsgefährdet? Brennbare Gase, Nebel und Dämpfe können nur dann explodieren, wenn ihre Konzentration in der Umgebungsluft innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Die Grenzen dieses Bereichs bezeichnet man als Zündgrenzen. Gemische aus Umgebungsluft und Staub sind nur dann explosionsfähig, wenn es sich um feinste Partikel brennbaren Materials wie Mehl oder Kohle handelt.
Zoneneinteilung in den USA
In den USA unterscheidet sich die Klassifizierung explosionsgefährdeter Bereiche von der europäischen Norm. Der NEC 500 definiert die Einteilung solcher Zonen anhand der Art und des Schweregrads der Explosionsgefahr und unterteilt sie in drei Hauptklassen (Class I bis III). In den Klassen I und II gibt es zusätzliche Unterteilungen in sechs Explosionsgruppen (Groups), die sich nach der Zündtemperatur der Stoffe richten.
Eine weitere Unterteilung erfolgt in zwei sogenannten “Devisions”, die jedoch nicht von den Eigenschaften der explosiven Stoffe abhängen, sondern von der Wahrscheinlichkeit, dass eine explosionsfähige Atmosphäre entsteht. Die Division I entspricht den Ex-Zonen 0 und 20 sowie 1 und 21, Division II entspricht hingegen der Zone 2 bzw. 22.
Die Einteilung der Ex-Zonen in Europa
In Europa werden explosionsgefährdete Bereiche nach der Häufigkeit und Dauer des Vorkommens explosionsfähiger Atmosphären in drei verschiedene Zonen unterteilt, wobei in dieser Zoneneinteilung nochmals zwischen Gasen, Dämpfen und Nebeln einerseits sowie Stäuben andererseits unterschieden wird. So ergeben sich insgesamt sechs Ex-Zonen.
Ex-Zone 2 bzw. 22
In der Ex-Zone 2 ist mit dem Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre im Normalbetrieb, wenn überhaupt, nur selten und kurzzeitig zu rechnen. Die gesetzlichen Regelungen geben keine Auskunft darüber, was „selten“ bedeutet. In der Praxis hat sich jedoch die Ansicht durchgesetzt, dass schon ein einmaliges Auftreten einer explosionsfähigen Atmosphäre im Jahr die Einstufung eines Bereichs als Zone 2 erforderlich macht. Besteht die Explosionsgefahr für weniger als 30 Minuten pro Jahr, spricht man gemeinhin von einer „kurzen Zeit“.
Für die Ex-Zone 22 gelten die gleichen Bedingungen, jedoch in Bezug auf das Auftreten einer explosiven Wolke von Staub.
Ex-Zone 1 bzw. 21
Die Ex-Zone 1 ist ein Bereich, in welchem sich unter normalen Bedingungen gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre bilden kann. Von einem „gelegentlichen Auftreten“ spricht man gemeinhin, wenn die explosive Atmosphäre während weniger als 50 % der Betriebszeit, aber länger als insgesamt 30 Minuten pro Jahr, besteht.
Auch für die Ex-Zone 21 gelten analoge Zeiträume für explosive bzw. brennbare Stäube.
Ex-Zone 0 bzw. 20
In der Ex-Zone 0 ist eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre im Normalbetrieb häufig vorhanden. Als „häufig“ gilt das Vorkommen einer solchen Atmosphäre, wenn sie während mehr als 50 % der Betriebszeit auftritt. In der Praxis sind fast nur Rohre und Behälter, die mit entsprechenden Gasen oder Flüssigkeiten gefüllt sind, zur Zone 0 zu rechnen.
Die Gefährdung durch eine Staubexplosion findet ihre Entsprechung in der Ex-Zone 20.
Die Ex-Zonen in der Übersicht
Ex-Schutz-Zonen: Richtlinien, Gesetze und Normen in den USA
Eine Explosion in einem Industrie-Betrieb kann gefährliche Folgen haben. Darum haben die zuständigen Gesetzgeber umfangreiche Vorschriften zum Explosionsschutz im Allgemeinen (Kennzeichnung der Zonen, Schutzmaßnahmen etc.) und zu Konstruktion und Betrieb elektrischer Geräte in Ex-Bereichen im Besonderen erlassen. In den USA regelt der National Electrical Code (NEC) in den Artikel 500 bis 505 die Anforderungen an Schaltschränke, die in einer Ex-Zone eingesetzt werden sollen.
Diese explosionsgefährdeten Bereiche bezeichnet man in Nordamerika als Hazardous Locations oder kurz HazLoc.
Welche Anlagen und Schaltschränke dürfen in Ex-Zonen eingesetzt werden?
In allen Ex-Schutz-Zonen dürfen nur solche Anlagen und Schaltschränke eingesetzt werden, die explosionsgeschützt bzw. staubexplosionsgeschützt sind. Die Erfüllung dieser Anforderungen lässt sich am besten durch eine Zertifizierung nach UL 1203 nachweisen. Eine entsprechende Kennzeichnung weist den Schrank gegenüber den lokalen Aufsichtsbehörden als geeignet für den Einsatz im Ex-Bereich aus und erleichtert so die Inbetriebnahme ganz erheblich.
Als UL-zertifizierter Schaltschrankbauer fertigen wir bei Krayer Schaltschränke, die den strengen Anforderungen der UL 1203 entsprechen.
Welche Zündschutzarten gibt es für Schaltschränke in Ex-Zonen?
Grundsätzlich unterscheidet man bei Vorkehrungen im Rahmen des Explosionsschutzes zwischen primären, sekundären und tertiären Maßnahmen. Während primäre Maßnahmen darauf abzielen, das Entstehen einer explosionsfähigen Atmosphäre zu verhindern, versuchen sekundäre bzw. tertiäre Maßnahmen, eine Explosion zu vermeiden bzw. ihre Auswirkungen zu beschränken. Zu diesen Zwecken stehen eine große Zahl technischer Maßnahmen zur Verfügung, weshalb wir hier nur einige Beispiele anführen können.
Überdruckkapselung
Eine weit verweitverbreitetebreitete Methode zum Schutz gefährdeter Anlagen und Geräte ist die sogenannte Überdruckkapselung. Dabei werden die Teile, die eine mögliche Zündquelle darstellen, vor einem Kontakt mit der explosionsgefährdeten Atmosphäre isoliert. Bei der Überdruckkapselung ist ein Schaltschrank hierzu mit einem Inertgas gefüllt, das ein Eindringen der explosionsfähigen Atmosphäre verhindert. Wichtig dabei ist, dass das Inertgas unter höherem Druck steht als die Atmosphäre außerhalb des Schaltschranks. Es handelt sich um eine sekundäre Maßnahme.
Druckkapselung
Bei Schaltschränken kommt als tertiäre Explosionsschutzmaßnahme häufig die druckfeste Kapselung zum Einsatz. Control Panel Gehäuse mit einer druckfesten Kapselung sind so konstruiert, dass sie einer Explosion in ihrem Innern standhalten und diese auch durch die Öffnungen nicht nach außen durchschlagen kann.
