Explosionsfähige Atmosphäre – wann tritt sie auf?

Ein Bereich, in dem aufgrund des Vorhandenseins brennbarer Stoffe wie Gase, Dämpfe, Nebel oder Stäube in der Luft eine explosionsfähige Atmosphäre entstehen kann, wird als explosionsgefährdeter Bereich bezeichnet.

In solchen Bereichen sind explosionsgeschützte Lösungen sowie eigensichere Geräte erforderlich, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten.

Einstufung von explosionsgefährdeten Bereichen

Arbeitsbereiche, in denen explosionsfähige Atmosphären auftreten können, werden gemäß den Anforderungen der ATEX‑Richtlinie in explosionsgefährdete Bereiche eingeteilt.

Es wird zwischen Zonen für Gase, Dämpfe und Nebel sowie Zonen für Stäube, Pulver oder Fasern unterschieden:

• Zone 0 / 20 – explosionsfähige Atmosphäre ist ständig oder über längere Zeiträume vorhanden
• Zone 1 / 21 – explosionsfähige Atmosphäre kann unter normalen Betriebsbedingungen gelegentlich auftreten
• Zone 2 / 22 – explosionsfähige Atmosphäre tritt unter normalen Betriebsbedingungen normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auf

Einteilung von Geräten für explosionsgefährdete Bereiche in Gruppen und Kategorien

Gerätegruppen ex

• Gruppe I – Geräte für den Einsatz in Bergwerken mit Methangefahr
• Gruppe II – Geräte für den Einsatz in allen anderen explosionsgefährdeten Bereichen außerhalb des Bergbaus

Gerätekategorien

Innerhalb der Gruppe II wird zwischen folgenden Kategorien unterschieden:

• Kategorie 1 – Geräte mit sehr hohem Schutzniveau, vorgesehen für den Einsatz in den gefährlichsten Bereichen (Zone 0 / 20)
• Kategorie 2 – Geräte mit hohem Schutzniveau, vorgesehen für den Einsatz in Zone 1 / 21
• Kategorie 3 – Geräte mit normalem Schutzniveau, geeignet für den Einsatz in Zone 2 / 22

Der Buchstabe G kennzeichnet Geräte für Gasatmosphären, während D Geräte für Staubatmosphären kennzeichnet.

Arten explosionsgeschützter Gerätekonstruktionen (Ex)

Geräte, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind, sind so konstruiert, dass ein sicherer Betrieb gewährleistet ist. Dazu werden unter anderem folgende Maßnahmen eingesetzt:

• Gehäuse, die die Übertragung einer Explosion vom Geräteinneren auf die Umgebung verhindern
• eigensichere elektrische Stromkreise

Die verschiedenen Arten explosionsgeschützter Konstruktionen sind in Normen geregelt, die Anforderungen an Konstruktion und elektrische Prüfung detailliert beschreiben. Auf dieser Grundlage werden Geräten entsprechende Kennzeichnungen zugewiesen, beispielsweise:

• Ex d – druckfeste Kapselung
• Ex e – erhöhte Sicherheit
• Ex ia, Ex ib, Ex ic – eigensichere Ausführung mit unterschiedlichen Schutzniveaus
• Ex ma, Ex mb – Vergusskapselung mit unterschiedlichen Schutzgraden
• Ex o – Ölfüllung (Kontakte in Isolierflüssigkeit eingebettet)

Ex-i – Bedeutung

Ex i ist das Symbol für die Zündschutzart Eigensicherheit. Dabei wird die elektrische Energie innerhalb des Geräts bzw. der Stromkreise auf ein Niveau begrenzt, das eine Entzündung einer explosionsfähigen Atmosphäre oder eine unzulässige Erwärmung verhindert. Beispiele für Geräte mit der Kennzeichnung Ex i sind JUMO Trennschaltverstärker für den Ex-Bereich sowie Schwimmerschalter für den Ex-Bereich der JUMO NESOS-Serie.

Ex ia, Ex ib, Ex ic – Bedeutung

Die Zündschutzart Ex i wird je nach erreichtem Schutzniveau in drei Unterkategorien unterteilt: Ex ia, Ex ib und Ex ic.

• Ex ia – höchstes Schutzniveau innerhalb der Zündschutzart Eigensicherheit; geeignet für den Einsatz in Zone 0; der Zündschutz ist auch beim Auftreten von zwei unabhängigen Fehlern gewährleistet
• Ex ib – geeignet für den Einsatz in Zone 1; der Zündschutz ist auch beim Auftreten eines Fehlers gewährleistet
• Ex ic – geeignet für den Einsatz in Zone 2; der Zündschutz ist im Normalbetrieb gewährleistet

Ex-d – Bedeutung

Ex d ist eine häufig verwendete Zündschutzart, die als druckfeste Kapselung bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass das Gehäuse von Geräten mit der Kennzeichnung Ex d so konstruiert ist, dass im Falle einer internen Explosion die Flammen innerhalb des Gehäuses eingeschlossen bleiben und sich nicht nach außen ausbreiten können.

Das Ex-d-Gehäuse verfügt über:

• Spalt‑ bzw. Flammenwege, die eine Abkühlung der bei einer Explosion entstehenden Verbrennungsgase ermöglichen
• verstärkte Gehäusewände, um unzulässige Oberflächentemperaturen zu verhindern

Beispiele für solche Geräte sind der Drucksensor JUMO dTRANS p20 Ex d und der Differenzdrucksensor JUMO dTRANS p20 DELTA Ex d.

Bezeichnungen Ex-d und Ex-ia – der Unterschied

Nachdem Sie sich mit den Begriffen „gefährlicher Bereich“, „Kategorie“ und „Gehäuse“ für dafür ausgelegte Geräte vertraut gemacht haben, können wir nun den wesentlichen Unterschied zwischen „Ex d“- und „Ex i“-Geräten erläutern. Was sie voneinander unterscheidet, ist ihre Eignung für den Einsatz in unterschiedlichen gefährlichen Bereichen. Wir werden dies kurz anhand der Norm EN 60079‑11 erläutern:

Elektrische Geräte mit der ATEX‑Schutzart „Ex ia” sind Geräte der Kategorie „1G/1D” und können aufgrund ihres sehr hohen Schutzgrades in den explosionsgefährdeten Bereichen der Zonen 0, 1 und 2 eingesetzt werden.

Elektrische Geräte mit der Zündschutzart „Ex d“ sind Geräte der Kategorie „2G“ mit einem hohen Explosionsschutzgrad. Sie sind für den Einsatz in den Zonen 1 und 2 geeignet, können jedoch nicht in Zone 0 eingesetzt werden.