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Die Auswahl macht‘s

Kabelverschraubungen für explosionsgefährdete Bereiche
Die Auswahl macht‘s

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Die korrekte Auswahl der Kabelverschraubungen ist wichtig für die Integrität des Explosionsschutzes eines Betriebsmittels. Die Verschraubungen müssen zu den Kabeln und die Zündschutzart zum jeweiligen Betriebsmittel passen. Direkteinführungen von Kabeln in druckfeste Gehäuse mittels Ex-d-Verschraubungen ist immer noch die am häufigsten genutzte Installationstechnik. Allerdings kann die korrekte Auswahl und Installation von armierten Kabelverschraubungen oder gar Vergussverschraubungen den Anwender vor größere Herausforderungen stellen.

Kabelverschraubungen sind die am meisten verbreitete Methode, um Kabel in explosionsgeschützte elektrische Betriebsmittel einzuführen. Bei der Auswahl der richtigen Verschraubung für die jeweilige Anwendung sind verschiedene Eigenschaften zu beachten.

Es gibt drei unterschiedliche Haupttypen von Kabelverschraubungen:
  • Kabelverschraubungen aus Plastik oder Metall zur Verwendung mit unarmierten Kabeln
  • Kabelverschraubungen aus Metall zur Verwendung mit geschirmten Kabeln
  • Kabelverschraubungen aus Metall zur Verwendung mit armierten Kabeln
Betrachtet man Kabelverschraubungen für armierte Kabel dann gilt es, die folgenden Auswahlkriterien zu beachten: Armierungstyp, Kabelaußendurchmesser, Durchmesser des inneren Kabels, Größe des Einschraubgewindes und Schlüsselweite. Die äußere Dichtung spielt eine wichtige Rolle für den IP-Schutz des angeschlossenen Betriebsmittels. Hierbei muss der Anwender unterscheiden, ob er die Verschraubung in einer Gewindebohrung installiert, wo der normale O-Ring der Verschraubung ausreicht, um den IP-Schutz sicherzustellen, oder, ob die Verschraubung mittels einer Gegenmutter in einer Durchgangsbohrung installiert wird. Bei Letzterem muss darauf geachtet werden, die Toleranzen der Bohrung mithilfe einer Flachdichtung auszugleichen.
Zündschutzarten
Diese Kabelverschraubungen können in Zündschutzart „Ex d“ oder „Ex e“ oder als Kombination dieser beiden Zündschutzarten ausgeführt sein. Normalerweise werden alle Ex-d-Kabelverschraubungen auch zugelassen für Ex e und Ex t („Schutz durch Gehäuse“ zur Verwendung in staubexplosionsgefährdeten Bereichen). Ex-d-Verschraubungen müssen mindestens fünf Gewindegänge zusammen mit einem druckfesten Gehäuse im Eingriff haben, sodass ein genügend langer zünddurchschlagsicherer Spalt zwischen den Gewinden gebildet wird. Es gibt keine offizielle Notwendigkeit für eine Ex-Zulassung von Kabelverschraubungen, die mit eigensicheren Stromkreisen verwendet werden sollen. Stand der Technik ist, Ex-e-zertifizierte Verschraubungen für solche Anwendungen zu verwenden.
Vergussverschraubungen
Vergussverschraubungen sind Ex-d-Metallverschraubungen für armierte oder unarmierte Kabel. Sie sind mit einer Zwei-Komponenten-vergussmasse gefüllt, die die einzelnen Adern im Inneren so umschließt, dass ein Explosionsaustritt über das Kabel sicher verhindert wird. Vergussverschraubungen müssen verwendet werden, wenn der innere Kabelaufbau und die äußere installierte Kabellänge es nicht erlauben, normale Ex-d-Verschraubungen zu verwenden. Hierzu sagt die Norm IEC 60079-14 (Explosionsgefährdete Bereiche – Projektierung, Auswahl und Errichtung elektrischer Anlagen) in Kapitel 10.6.2., dass die Verwendung von normalen Ex-d-Kabelverschraubungen nur erlaubt ist, wenn die beiden folgenden Bedingungen für die Kabel erfüllt sind:
  • Die minimale Länge des verbundenen Kabels bzw. der verbundenen Leitung beträgt 3 m
  • Ummantelung mit einem thermoplastischen, duroplastischen oder elastomeren Werkstoff. Sie muss kreisförmig und kompakt sein. Jegliche Einbettungen oder Mäntel müssen extrudiert sein. Sind Füllstoffe vorhanden, dürfen diese nicht hygroskopisch sein.
Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, müssen Vergussverschraubungen verwendet werden.Der kritischste Punkt bei der Evaluierung, ob die Verwendung von Vergussverschraubungen vermieden werden kann, liegt im Aufbau und der Qualität des Kabels. Dies wirft folgende Fragen auf:
  • Wann ist ein Kabel nicht mehr „kreisförmig“ oder was bedeutet „kompakt“ in der Realität?
  • Wie weiß der Anwender, ob eine Einbettung oder ein Mantel extrudiert wurde oder ob ein Füllstoff nicht hygroskopisch ist?
Die Kabelhersteller werden kaum offizielle Bestätigungen für die Einhaltung einer oder sogar aller der oben genannten Bedingungen geben. Auch die Kabelverschraubungshersteller können in der Regel keine Aussagen zu Kabeln geben, die sich bei herkömmlichen Ex-d-Verschraubungen bewährt haben, obwohl einige Kombinationen in realen Labor-Explosionsexperimenten bereits getestet wurden.
Unter erfahrenen Installateuren in Ex-Bereichen ist es allgemein bekannt, dass die Installation von Vergussverschraubungen – aber auch von normalen armierten Ex-d-Verschraubungen – eine Quelle für potenzielle Installationsfehler ist. Selbst wenn der Explosionsschutz ohne Probleme funktioniert, kann dieser doch von einer Gummidichtung von lediglich 10 mm Länge abhängen.
Umgebungsbedingungen
Kabelverschraubungen müssen die Betriebsmittel vor Umwelteinflüssen schützen, die über die Kabeleinführungen eindringen könnten. Ein typischer Schutzgrad ist heute IP 66/IP 68. In der Vergangenheit wurden Gummitüllen als Option zum Schutz der Verschraubungen gegen Feuchtigkeit und Korrosion eingesetzt. Solche Tüllen können heutzutage nicht mehr empfohlen werden, da moderne Kabelverschraubungen alle hochkorrosionsbeständig sind. Erschwerend kommt hinzu, dass sich zwischen der Tülle und der Verschraubung Wasser und Feuchtigkeit sammeln kann und somit ein unerwünschtes „Feuchtbiotop“ entsteht.
Ex-Kabelverschraubungen haben in der Regel einen weiten Umgebungstemperaturbereich. Plastikverschraubungen sind typischerweise für -40 bis + 60 °C geeignet, Metallverschraubungen für -60 bis + 80 °C. Im Markt findet man spezielle Kabelverschraubungen für Temperaturen bis +200 °C und darüber sowie für sehr niedrige Temperaturen.
Installation
Schlüssel zu einer sicheren Anwendung ist die korrekte Installation. Murphys Gesetz gilt auch hier: alles, was schief gehen kann, wird schief gehen. Je einfacher die Konstruktion der Verschraubung ist, desto weniger Fehler können vor Ort gemacht werden. Gute Beispiele für solche Fehler finden sich bei der Installation von Ex-d-Kabelverschraubungen für armierte Kabel, die bis zu zehn verschiedene Einzelteile enthalten. Diese müssen in der richtigen Reihenfolge und Art und Weise verwendet werden. Das richtige Ablängen der Armierung, deren Positionierung exakt am Ende des Armierungskonus und das sachgemäße Festziehen mit dem speziellen Haltering sind entscheidend. Ein einfacher, aber häufiger Fehler ist der Verlust von inneren Komponenten bei der Demontage der Verschraubungen vor der Installation. Besonders Armierungskonus und Ring sind hiervon betroffen. Qualitativ hochwertige Verschraubungen sichern beide Teile mit innenliegenden O-Ringen. Als zusätzlicher Vorteil wird das Eindringen von Wasser vermieden.
Fazit
Kabelverschraubungen gehören zu den wichtigsten Komponenten, um eine sichere Installation von elektrischen Betriebsmitteln in explosionsgefährdeten Bereichen zu gewährleisten. Obwohl jeder weiß, wie sie grundsätzlich funktionieren, können verschiedene Fehler während des Auswahl- und Installationsprozesses passieren, die den Explosionsschutz gefährden oder sogar unwirksam machen können.
Halle 9, Stand D76

Rainer Nägle
Produktgruppenleiter Elektrische Komponenten und Systeme für den Explosionsschutz,Pepperl+Fuchs


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